👊🏽 🐖 🗻 Microbiota. Histoire des méthodes d'étude et de recherche 👄 👩🏽‍💼 👨🏻‍💻

Nous avons reçu beaucoup de commentaires sur le dernier article et avons décidé avec Atlas de compléter la série avec du matériel sur les autres méthodes d'étude du microbiote. À la fin de l'article, ils ont ajouté que vous devez vous souvenir des études sur les bactéries intestinales aujourd'hui afin qu'elles ne nuisent pas à votre santé.

Illustration de Rentonorama

Comment l'étude du microbiote a-t-elle commencé?

Le microbiote intestinal est appelé un nouvel organe du corps humain. Nous connaissons plus ou moins les autres organes depuis longtemps, mais on ne sait qu'à la fin du 20e siècle que les bactéries remplissent des fonctions importantes pour l'homme. L'étude du microbiote a commencé au XVIIe siècle. Le créateur du microscope et le «père de la microbiologie», Anthony Van Levenguk, a d'abord examiné et décrit les bactéries dans la cavité buccale et les selles.

En 1828, Christian Ehrenberg a introduit le nouveau terme Bacterium. À ce moment, il étudiait Escherichia coli (Escherichia coli), une espèce de bactérie sans spores. Pour les bactéries sporulantes, Christian a inventé le terme Bacillus. Ce type de bactérie a été activement étudié par Robert Koch. Il a également révélé la relation entre les représentants pathogènes de ce genre et des maladies telles que l'anthrax et la tuberculose.

Déjà au 19e siècle, les chercheurs ont compris que la santé humaine est étroitement liée aux bactéries. Cependant, l'étude complète du microbiote est devenue possible après la découverte de la technologie de séquençage des gènes par Frederick Senger. Toutes les espèces ne sont pas capables de vivre et de croître dans des boîtes de Pétri, il était donc difficile de classer et de déterminer en détail les fonctions des bactéries.

Parallèlement au développement de la technologie dans les années 70, le microbiologiste Karl Woese a proposé de classer les micro-organismes sur la base du séquençage de la molécule d'ARNr des 16, ce qui facilite la comparaison des séquences de nucléotides et la détermination du degré d'affinité. Selon l'analyse, Karl a divisé tous les micro-organismes en archées, bactéries et eucaryotes. Cette classification est utilisée maintenant.

Les eucaryotes se distinguent par la présence d'un noyau, mais pas les bactéries et les archées. Les archées sont de simples micro-organismes unicellulaires qui vivent dans des conditions extrêmes (dans les geysers, au fond des mers et des océans). Et ce sont les plus anciennes: les archées existent sur Terre depuis environ 4 milliards d'années. De plus, parmi eux, il n'y a pas de micro-organismes parasites et pathogènes, et parmi les bactéries, il y en a, mais pas autant que nous le pensons - environ 1%.

Dans les intestins humains, les archées produisent du méthane. De plus, plus il y en a, plus le risque d'obésité est faible , mais la relation de cause à effet reste floue. Tous n'ont pas d'archives et dépassent rarement 1-2%.

Les bactéries vivent dans une grande variété d'environnements et nous les contactons beaucoup plus qu'avec les archées. Ils diffèrent par un certain nombre de fonctions. Par exemple, les bactéries peuvent décomposer les molécules de glucides et produire des acides gras, contrairement aux archées.

Comment étudier le microbiote

Avant de plonger dans la recherche, rafraîchissons d'abord nos connaissances sur la synthèse de l'ADN, de l'ARN et des protéines.

Le corps a besoin de protéines pour fonctionner correctement. Les tissus cutanés, pour maintenir une fonction protectrice, en nécessitent un; les cellules des yeux, pour que l'organe fonctionne correctement, sont différentes. Parfois, des cellules et des tissus différents nécessitent la même protéine. Pour créer des protéines, les cellules utilisent l'ADN comme instruction.

Premièrement, la zone dans laquelle les informations nécessaires sont contenues est déterminée. L'ADN double brin est déroulé et un seul côté est copié. Ensuite, l'ADN est remonté et une copie de l'un de ses côtés (ARN) ramasse le ribosome. Elle lit la séquence et y construit une chaîne d'acides aminés, qui prend alors forme et devient une protéine.

Cela peut être comparé à la cuisine selon un vieux livre de recettes. Tout d'abord, nous rédigeons une recette afin de ne pas utiliser à nouveau le livre fragile mais précieux. Plus loin dans la recette, nous combinons différents produits, comme le ribosome d'acides aminés, pour obtenir le plat fini. Pour une cellule, un plat est une protéine qu'il utilise davantage pour ses besoins. En plus des protéines, les micro-organismes produisent d'autres composés, tels que les acides gras, qui sont considérés comme des métabolites.

Pour étudier les micro-organismes, quatre approches sont principalement utilisées: métagénomique - recherche sur l'ADN, métatranscriptomique - recherche sur l'ARN, métaprotéomique - recherche sur les protéines, métabolomique - recherche sur les métabolites.

Séquençage métagénomique

Métagénome - un ensemble de gènes de tous les organismes dans l'environnement étudié. L'essence de cette analyse réside dans le séquençage du gène de l'ARNr 16s, qui est responsable du fonctionnement de l'ARN ribosomal, ou dans le séquençage de tout l'ADN. Une telle étude répond aux questions «quels sont les organismes dans l'échantillon et quelles fonctions remplissent-ils potentiellement?» Nous avons parlé de cette technologie en détail dans un article précédent, puisque le test «Microbiota Genetics» est construit dessus.

Habituellement, la recherche sur le microbiote fait référence à ce type particulier d'analyse, car elle a été la première à être utilisée à grande échelle pour étudier les bactéries. Après l'avènement de la technologie de séquençage de l'ADN, les scientifiques ont lancé un projet mondial pour étudier les sols, les mers et les sources chaudes. Grâce à l'analyse métagénomique, la base de données des micro-organismes s'est développée de façon exponentielle. Le séquençage vous permet d'étudier les bactéries dans un environnement naturel, alors qu'en laboratoire, nombre d'entre elles meurent.

En 2007, des chercheurs américains ont lancé un projet pour étudier le microbiome du corps humain Human Microbiome Project . Il est devenu l'impulsion d'une étude à grande échelle de la composition des bactéries intestinales basée sur des données métagénomiques. À la suite du HMP en Europe en 2008, a lancé un projet similaire pour étudier le microbiote humain - MetaHit .

L'essence des études métagénomiques est de comprendre quels micro-organismes vivent dans l'échantillon, combien ils sont et quelles fonctions ils remplissent. L'analyse n'évalue pas directement les composés produits par la communauté bactérienne. Cependant, grâce à de nombreuses études métagénomiques, nous pouvons prédire cela indirectement. Par exemple, si une personne a plus de bactéries productrices d'acide butyrique - son microbiote le produit probablement bien.

Les études métagénomiques sont très répandues car elles sont plus faciles à réaliser par rapport à d'autres méthodes. L'étude de l'ARN, des protéines et des métabolites nécessite une purification sophistiquée des échantillons et des analyses plus longues.

Selon les données métagénomiques, nous avons le plus de résultats. Cela se voit clairement sur la base de tous les articles scientifiques et de la recherche clinique PubMed. Une recherche de microbiome métagénomique renvoie environ 4 500 articles différents, une requête de microbiome métatranscriptomique au total 225, le microbiome métaprotéomique 100, le microbiome métabomique 1 600.

Séquençage du métatranscriptome

Une transcription est la totalité de toutes les molécules d'ARN messager (ARNm) qu'une seule cellule ou un groupe de micro-organismes synthétise. Dans l'analyse des métatranscriptomes, l'ARN est étudié directement, et non le gène qui le code.

Il arrive qu'il y ait une bactérie, mais elle ne participe pas à la vie de la communauté microbienne: elle a des gènes inactifs qui ne sont pas copiés par la molécule d'ARN. Les études de métatranscriptome nous permettent d'évaluer exactement la partie active du microbiote. Cependant, la molécule d'ARN n'est pas aussi stable que l'ADN et se désintègre rapidement. Par conséquent, il est plus difficile et plus coûteux de l'isoler et de le conserver pour analyse.

Souvent, des études de transcriptome sont utilisées pour étudier certaines fonctions génétiques. Dans ce cas, les résultats d'un test d'ARN sont vérifiés par rapport aux données métagénomiques. Les scientifiques obtiennent ainsi des informations plus complètes sur le travail des micro-organismes. Les études de métatranscriptome du microbiome peuvent être utiles pour déterminer avec plus de précision le potentiel de synthèse de divers métabolites.

Métaprotéomique

Avec cette approche, toutes les protéines présentes dans l'échantillon sont étudiées. La métaprotéomique fournit des informations sur la structure, les fonctions et la dynamique de la communauté microbienne. Les scientifiques en apprendront davantage sur la façon dont les organismes interagissent entre eux, se disputent la nutrition et produisent des métabolites.

Tout d'abord, les protéines sont isolées de l'échantillon. Souvent, la chromatographie liquide est utilisée pour cela. Ensuite, une analyse supplémentaire est effectuée pour déterminer le poids moléculaire - spectrométrie de masse. Nous obtenons donc des informations sur les fragments de protéines (peptides), mais pas sur la protéine entière. Pour collecter les fragments en un seul ensemble, des programmes spéciaux sont utilisés et les scientifiques reçoivent des données toutes faites.

La métoprotéomique est actuellement moins populaire que les études sur l'ADN et l'ARN. Cela est dû à la complexité de la recherche et à la forte probabilité d'erreur. Un échantillon peut contenir de nombreuses protéines humaines ou alimentaires. Cependant, la métaprotéomique peut aider les scientifiques à faire la lumière sur les interactions entre les bactéries et la perturbation du microbiote chez les personnes atteintes de maladies.

La métabolomique

Avec ce type d'analyse, les métabolites sont étudiés - substances produites par les bactéries. Il peut s'agir d'acides aminés, de lipides, de sucres, d'acides gras (y compris l'acide butyrique) et d'autres composés. Maintenant, environ 40 000 métabolites du corps humain sont décrits et tous sont enregistrés dans une grande base de données .

Comme échantillon pour l'étude des métabolites, vous pouvez utiliser n'importe quel liquide du corps humain: sang, salive, urine, lavage intestinal (bouffées vasomotrices) et même liquide céphalo-rachidien. En moyenne, environ 4200 métabolites sont contenus dans le plasma sanguin, 3000 dans l'urine, 500 dans le liquide céphalorachidien et 400 dans la salive.Toutefois, le lavage est utilisé comme biomatériau pour les études sur le microbiote.

La procédure d'étude des métabolites est similaire à l'analyse des protéines. En utilisant la même chromatographie liquide ou gazeuse, les métabolites sont d'abord isolés puis leur poids moléculaire est mesuré à l'aide d'un spectromètre de masse.

L'étude des métabolites a ses limites. Par exemple, sur la base de cette étude, nous ne pouvons pas savoir exactement quels métabolites sont excrétés par le microbiote intestinal et que nous avons reçus avec de la nourriture.

De plus, il est impossible de calculer le nombre de bactéries contenues dans le microbiote. Par conséquent, pour une image plus complète, les données sur les métabolites sont accompagnées des résultats des analyses métagénomiques. Cette approche est parfois utilisée pour étudier comment le microbiote et ses métabolites sont impliqués dans le développement de maladies.

À retenir

Jusqu'à présent, aucune méthode de recherche sur le microbiote n'a été utilisée dans la pratique clinique régulière. Parfois, pour une image complète, un médecin peut recommander d'effectuer une étude métagénomique du microbiote pour évaluer la composition des bactéries intestinales.

Nous avertissons les utilisateurs que le test Microbiota Genetics est uniquement à des fins éducatives et est conçu pour les personnes en bonne santé qui souhaitent connaître leurs bactéries. Si une personne est malade, elle pourra découvrir la composition de la bactérie, mais les recommandations dans ce cas ne seront pas pertinentes. Le microbiote des personnes atteintes de maladies est très différent et pour elles, le profil «normal» sera différent.

Nous déconseillons aux enfants de mener l'étude, car leurs données sur le microbiote sont beaucoup moins importantes. Et une intervention inutile et une limitation du régime alimentaire des enfants selon les résultats de l'étude sont potentiellement dangereuses, car l'enfant peut ne pas recevoir les nutriments nécessaires ou souffrir d'un surdiagnostic.

Aujourd'hui, les résidents de la Russie et des pays de la CEI se voient proposer une étude des métabolites du microbiote pour les enfants et les adultes à l'aide d'un échantillon de sang ou de salive par chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse. Selon ses résultats, selon les développeurs de cette méthode, il est possible d'évaluer la présence et l'absence d'inflammation dans l'organisme.

Cependant, il n'y a pas de telles recommandations dans les directives cliniques internationales. Le diagnostic de l'inflammation et de la maladie doit être effectué par des méthodes présentant un niveau de preuve élevé, un certain degré de sensibilité, une faible probabilité de résultats faussement positifs et des complications de surdiagnostic.

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