Une étude mondiale sur le microbiome donne une nouvelle vision des risques partagés pour la santé

Notre corps se compose d'environ 30 39 milliards de cellules humaines, mais il héberge également environ XNUMX XNUMX milliards de cellules microbiennes. Ces communautés grouillantes de bactéries, de virus, de protozoaires et de champignons dans nos intestins, dans notre bouche, sur notre peau et ailleurs - collectivement appelées le microbiome humain - ne se composent pas seulement de parasites et d'agents pathogènes cachés. Au lieu de cela, comme les scientifiques l'apprécient de plus en plus, ces microbes forment des écosystèmes essentiels à notre santé. Un nombre croissant de recherches vise à comprendre comment les perturbations de ces systèmes délicats peuvent nous priver des nutriments dont nous avons besoin, interférer avec la digestion de nos aliments et éventuellement déclencher des afflictions de notre corps et de notre esprit.

Mais nous en savons encore si peu sur notre microbiome que nous commençons à peine à répondre à une question bien plus fondamentale : d'où viennent ces microbes ? Peuvent-ils se propager à partir d'autres personnes comme un virus du rhume ou un insecte gastrique ?

Aujourd'hui, l'analyse la plus vaste et la plus complète de la transmission du microbiome humain a fourni des indices importants. Des recherches menées par des génomiques de l'Université de Trente en Italie ont trouvé des indices selon lesquels les organismes du microbiome sautent abondamment entre les gens, en particulier parmi ceux qui passent beaucoup de temps ensemble. Les résultats, publié en janvier dans Nature, comblent des lacunes importantes dans notre compréhension de la façon dont les gens assemblent leurs microbiomes et les reformulent tout au long de leur vie.

D'autres scientifiques ont applaudi l'étude. José Clemente Litran, professeur agrégé de génétique et de sciences génomiques à la faculté de médecine Icahn du mont Sinaï, a salué le travail comme "remarquable" et a déclaré qu'il fournissait la première mesure claire du partage auquel s'attendre entre les membres de la famille ou ceux qui vivent ensemble.

L'étude alimente également des spéculations intrigantes quant à savoir si les microbes peuvent augmenter ou réduire nos risques de maladies comme le diabète ou le cancer - et ainsi apporter une dimension transmissible à des maladies qui ne sont généralement pas considérées comme contagieuses. Pour Brett Finlay, professeur de microbiologie à l'Université de la Colombie-Britannique qui a écrit un commentaire en Sciences en 2020 à propos de cette possibilité, les découvertes "ont mis le dernier clou dans le cercueil que les maladies non transmissibles ne devraient peut-être pas être appelées ainsi".

Diversité insondable

Les microbiomes sont comme des empreintes digitales : si divers que deux personnes ne peuvent pas en avoir des identiques. Ils sont également incroyablement dynamiques - ils grandissent, rétrécissent et évoluent tellement tout au long de la vie d'une personne que le microbiome d'un bébé sera radicalement différent au moment où il grandira. Une poignée d'espèces microbiennes se trouvent dans plus de 90% des personnes dans les sociétés occidentalisées, mais la plupart des espèces se trouvent dans 20% à 90% des personnes. (Même Escherichia coli, qui est probablement la seule bactérie intestinale que la plupart des gens pourraient nommer, n'atteint pas une fréquence de 90 %.) Des études suggèrent que les sociétés non occidentalisées ont une diversité encore plus grande de microbes et des microbiomes plus variables.

Au sein d'une population, deux individus choisis au hasard ont généralement moins de la moitié de leurs espèces de microbiome en commun - en moyenne, le chevauchement de la composition microbienne de l'intestin se situe entre 30% et 35%. Les microbiologistes se demandent s'il existe un ensemble « essentiel » d'espèces microbiennes que possèdent toutes les personnes en bonne santé, mais s'il existe, il s'agit probablement d'un pourcentage à un chiffre du total.

Déterminer la fréquence à laquelle les microbes passent entre les personnes est cependant un problème beaucoup plus redoutable que la recherche d'espèces. Une seule espèce peut être composée de nombreuses souches différentes ou variantes génétiques. Les chercheurs doivent donc être en mesure d'identifier les souches individuelles en examinant les gènes dans les échantillons de microbiome. Et dans un microbiome humain, entre 2 et 20 millions de gènes microbiens uniques peuvent être présents, les microbes remaniant constamment leurs gènes, mutant et évoluant.

C'est pourquoi apprendre comment les multitudes de cellules dans le microbiome se propagent est "beaucoup plus difficile que d'apprendre à retracer la propagation d'un agent pathogène", a déclaré Mireia Valles-Colomer, boursier postdoctoral à l'Université de Trente et premier auteur de la nouvelle étude. Jusqu'à récemment, il était impossible de retracer les souches dans une population.

En 2010, lorsque Nicolas Segata a commencé à analyser d'énormes ensembles de données génétiques pour le projet sur le microbiome humain en tant que post-doctorant à l'Université de Harvard, les outils disponibles n'avaient pas la résolution nécessaire pour identifier les espèces présentes dans les microbiomes humains. Ils pouvaient identifier le groupe taxonomique général auquel appartenait un micro-organisme, mais c'était comme limiter l'emplacement de quelqu'un au Midwest américain.

Au cours des années suivantes, divers laboratoires ont trouvé des preuves que l'interaction sociale et la vie à proximité affectaient la microbiome des primates et souris. Des études sur l'homme menées sur populations relativement isolées en Papouasie-Nouvelle-Guinée et ailleurs ont également trouvé des signatures de partage microbien. Certains ont même trouvé des traces d'éventuelles transmission par les animaux de compagnie. Mais en raison des limites de ces études, il n'était pas clair combien de transmission se produisait et si cela se produisait partout au même degré.

Cela a changé après que Segata a établi son laboratoire à l'Université de Trente en 2013. Lui et son équipe ont commencé à créer et à affiner des outils de métagénomique capables de distinguer les souches de la même espèce, ce qui a permis d'étudier plus en détail la transmission du microbiome.

Segata a commencé à sonder cette question en 2018 en analysant les microbes des mères et de leurs nourrissons. Les découvertes de son groupe et plusieurs autres études ont confirmé les soupçons antérieurs selon lesquels il existe une quantité massive de transmission de la mère au bébé, de sorte que la mère "imprime le microbiome à la naissance", a déclaré Segata. Des travaux récents ont montré que les mères continuent à façonner les microbiomes de leurs nourrissons au cours des quelques années.

Mais la diversité du microbiome change de manière significative entre l'enfance et l'âge adulte, donc cet héritage précoce des mères "n'explique pas les microbes que nous voyons chez les adultes", a déclaré Segata. Dans des expériences de suivi, les chercheurs ont largement exclu la possibilité que les nouveaux microbes proviennent de la nourriture que les gens mangeaient, car ces microbes n'étaient pas capables de bien coloniser l'intestin.

Donc "ça doit être la transmission", a déclaré Segata. "Il faut que ce que nous avons dans l'intestin provienne de l'intestin d'autres individus."

Partage avec la famille et les amis

Pour la nouvelle analyse globale des microbiomes, Segata, Valles-Colomer et leurs collègues ont suffisamment perfectionné leurs outils pour reconnaître des espèces jusque-là inconnues et différentes souches de la même espèce. À l'aide de ces outils, ils ont examiné plus de 9,700 20 échantillons de selles et de salive provenant de 800,000 pays sur cinq continents, représentant des communautés aux modes de vie très divers et couvrant toute la durée de la vie humaine et de nombreux modes de vie différents. Ils ont retracé plus de XNUMX XNUMX souches de microbes entre les familles, les colocataires, les voisins et les villages et ont calculé quel pourcentage d'espèces partagées étaient la même souche.

Comme ils s'y attendaient, ils ont constaté que la plupart des partages de souches se produisaient entre les mères et les nourrissons au cours de la première année de vie - environ 50% des espèces partagées trouvées dans les intestins des nourrissons étaient des souches qui se propageaient à partir de la mère. L'influence de la mère diminue avec le temps — passant de 27 % à 3 ans à 14 % à 30 ans — mais ne disparaît pas. Il a été démontré que certaines personnes âgées en Chine partageaient encore des souches avec leurs mères centenaires survivantes.

Pour Veena Taneja, un immunologiste de la clinique Mayo qui n'a pas participé à l'étude, l'un des éléments les plus surprenants des résultats était que bien que les nourrissons nés par voie vaginale partagent plus de souches avec leur mère que les nourrissons nés par césarienne, cette différence a disparu de trois ans d'âge. "Les gens en font tout un plat" que les bébés nés par césarienne pourraient être plus à risque de certaines maladies, a-t-elle déclaré. Mais les résultats suggèrent que cela "ne devrait peut-être pas être une grande chose".

(Ce point de vue a été corroboré par une nouvelle étude publié ce mois-ci dans Hôte de cellule et microbe. Il a constaté que les bébés nés par césarienne recevaient moins de microbiomes de leur mère que les bébés nés par voie vaginale, mais qu'ils n'en manquaient pas parce qu'ils recevaient plus de microbes du lait maternel.)

À mesure que nous vieillissons, une partie importante de nos microbiomes continue de provenir des personnes avec lesquelles nous vivons ou à proximité. Sans surprise, l'étude de Segata et ses collègues a révélé que les conjoints et autres partenaires physiquement intimes partageaient beaucoup de microbes : 13 % des espèces intestinales qu'ils partageaient étaient de la même souche, tout comme 38 % de leurs espèces orales partagées.

Mais les personnes qui vivaient ensemble platoniquement n'étaient pas loin derrière, à 12% pour les espèces intestinales partagées et 32% pour les espèces orales partagées. En effet, comme l'ont découvert Segata, Valles-Colomer et leur équipe, le facteur déterminant le plus important de la transmission était le temps passé ensemble. Les personnes vivant sous un même toit partageaient le plus de souches, mais même les personnes vivant dans le même village avaient tendance à avoir plus de souches en commun que les personnes séparées par de plus grandes distances. La fréquence de partage des souches était constante dans les différentes sociétés, mais l'équipe a confirmé les découvertes précédentes selon lesquelles les habitants des pays non occidentalisés ont tendance à avoir des microbiomes plus diversifiés.

Les chercheurs ont également découvert que les souches communes pouvaient être perdues avec le temps. Les jumeaux qui grandissent ensemble avaient un niveau de partage de souche d'environ 30 % qui a chuté à environ 10 % après 30 ans de vie séparée.

Segata pense qu'il est probable que la plupart des autres souches d'espèces partagées proviennent également d'autres personnes - principalement de contacts étroits comme des amis ou des collègues, mais peut-être aussi de personnes que nous rencontrons beaucoup plus brièvement et avec désinvolture. (Les animaux domestiques, cependant, ne sont probablement pas de grands contributeurs : Segata a déclaré que les animaux hébergent principalement des espèces microbiennes qui ne colonisent ou ne persistent généralement pas en nous.)

Les résultats sont la preuve la plus solide à ce jour que nous partageons des parties de nos microbiomes avec les personnes avec lesquelles nous passons le plus de temps. Le fait que les auteurs aient pu voir ce schéma de transmission à travers le monde, et pas seulement dans une seule population, était «frappant», a déclaré Ilana Brito, professeur agrégé en génie biomédical à l'Université Cornell. Ces ensembles de données sont extrêmement bruyants, avec de nombreuses mutations se produisant dans ces différents organismes, a-t-elle ajouté. Mais l'équipe a réussi à découvrir "le signal à travers le bruit".

On ne sait pas comment les organismes du microbiome se propagent entre les personnes. Les baisers et le sexe en expliquent une partie, mais les microbes pourraient également être transmis par des gouttelettes crachées par la toux et les éternuements, ou ils pourraient être prélevés sur des surfaces contaminées. Il reste également beaucoup à apprendre sur les microbes qui se propagent plus facilement que les autres. Répondre à cette question est essentiel pour comprendre les implications de l'idée que les organismes du microbiome peuvent se propager.

Propagation de la santé ou de la maladie

Maintenant que l'étendue du partage a révélé les modèles de distribution de microbes uniques, nous pouvons examiner ce qui se passe dans la maladie. "En ce sens, je pense que ce travail est vraiment fondamental", a déclaré Clemente.

Certaines maladies qui ne sont généralement pas considérées comme contagieuses pourraient avoir un aspect transmissible négligé. Études avoir trouvé que de nombreuses personnes atteintes de maladies qui ne se propagent pas d'une personne à l'autre ont des microbiomes qui semblent être « foutus », a déclaré Finlay.

Certain E. coli les souches, par exemple, peuvent libérer des toxines qui pourraient augmenter le risque de cancer. Les personnes atteintes de certains cancers colorectaux dont les microbiomes contiennent plus d'un Fusobactérie les espèces ont tendance à avoir un pire pronostic et pires résultats avec le traitement. Les microbes intestinaux qui affectent les niveaux de glucose et d'insuline dans le corps ont été liés à l'obésité et à des conditions telles que le syndrome métabolique et même le diabète de type 2. Un microbiome intestinal déséquilibré a été lié à la neurodégénérescence, et il est théorisé qu'il pourrait jouer un rôle dans des conditions cérébrales telles que La maladie d'Alzheimer.

"Si ces maladies dépendent au moins partiellement du microbiome, et que le microbiome est au moins partiellement transmissible, alors ces maladies deviennent au moins partiellement transmissibles", a déclaré Segata.

Mais "comprendre dans quelle mesure un certain microbiome contribue au risque [de maladie], c'est la question difficile", a déclaré Clemente. Même la plupart des études qui trouvent de telles associations ne peuvent pas déterminer si les microbes causent la maladie ou trouvent simplement plus facile de coloniser une personne à risque de contracter la maladie.

Si les «mauvais» microbes qui augmentent le risque de problèmes de santé non transmissibles peuvent être transmis entre les personnes, alors, en théorie, les «bons» microbes qui réduisent ces risques peuvent également l'être. Certaines études suggèrent que les microbes peuvent être protecteurs, en particulier au début de la vie, contre des conditions telles que l'asthme et les allergies. Partager délibérément des morceaux de microbiomes sains, par exemple via greffes fécales, s'est révélée étonnamment efficace dans le traitement de certaines maladies et infections comme celle de la bactérie Clostridium difficile.

Nous avons évolué pour maintenir nos populations microbiennes parce que nous en bénéficions grandement, a déclaré Jens Walter, professeur d'écologie, d'alimentation et de microbiome à l'University College Cork et à l'APC Microbiome Ireland. C'est pourquoi Walter n'est pas convaincu par l'hypothèse que nos microbes communs pourraient causer des maladies et est plus attiré par l'idée opposée, parfois appelée la "vieux amis" ou hypothèse d'hygiène. Il propose que tout au long de l'évolution, nos microbiomes aient pu aider à former les réponses de notre système immunitaire. L'augmentation moderne de l'utilisation d'antibiotiques et d'antiseptiques et notre plus grande propreté générale pourraient donc modifier la composition du microbiome et créer davantage de vulnérabilités pour notre santé.

Par rapport à il y a un siècle, "nous ne propageons certainement pas les microbes plus facilement dans le monde d'aujourd'hui", a déclaré Walter. Les maladies inflammatoires de l'intestin, la sclérose en plaques, la polyarthrite rhumatoïde et le diabète de type 1 - qui sont tous considérés comme des troubles immunologiques plutôt que des maladies transmissibles - sont plus répandus dans les sociétés occidentales qui ont tendance à utiliser abondamment les antibiotiques et les antiseptiques.

Les effets bénéfiques ou néfastes du partage pourraient dépendre des espèces et des souches partagées, ce qui est encore un peu une boîte noire. Nous devrions également considérer, a déclaré Brito, que ce ne sont peut-être pas des organismes individuels de notre microbiome qui affectent notre santé, mais plutôt des communautés d'entre eux qui se transmettent ensemble. Certains organismes peuvent avoir plus d'importance dans un contexte communautaire qu'un autre.

Segata, Valles-Colomer et leur équipe n'ont analysé que des individus en bonne santé dans leur étude, mais dans leurs recherches en cours, ils appliquent leurs outils métagénomiques à des ensembles de données provenant de personnes atteintes de maladies pour voir si ces résultats éclairent les liens entre la santé et les microbiomes.

Ils échantillonnent également actuellement les données de trois garderies – des nourrissons et de leurs parents, frères et sœurs, animaux de compagnie et enseignants. Les chercheurs espèrent comprendre comment les microbes sont transmis et combien de temps il faut à des microbes intestinaux et oraux spécifiques pour passer d'une personne à l'autre.

Le suivi de la propagation des organismes du microbiome a longtemps été négligé car "nous ne pensions pas que cela aurait autant d'influence sur notre santé", a déclaré Valles-Colomer. Maintenant que nous avons les techniques pour sonder le microbiome, "nous le voyons associé à pratiquement toutes les maladies".

Note de l'éditeur : les recherches de Segata et de son groupe ont été financées par le Fondation Simons, qui finance également ce revue éditorialement indépendante. Les décisions de financement de la Fondation Simons n'ont aucune influence sur notre couverture.