Microbiome in health and disease
Microbiome

Allié ou adversaire ?

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Allié ou adversaire : La métagénomique dans la santé et dans la maladie

Le corps humain est colonisé par des milliers de milliards de microbes, dont des bactéries, des archées, des champignons, des protistes et des virus. L’ensemble de ces organismes est nommé microbiote. Le rapport entre le nombre de ces organismes et le nombre de cellules humaines est compris entre 1:1 (estimation basse) et 10:1 (estimation haute). Le microbiote humain est incroyablement divers, avec la présence de populations microbiennes dans une multitude de tissus, systèmes, régions et liquides différents. Parmi elles, les deux populations les mieux connues et les mieux caractérisées sont probablement les microbiotes de l’intestin et de la cavité orale, qui se sont tous deux révélés essentiels à l’homéostasie et à la pathogenèse.

Le microbiote de la cavité orale se distingue des autres microbiotes spécifiques à d’autres régions en ce qu’il facilite la pathogenèse (caries dentaires et maladies parodontales) dans des circonstances normales, rendant ainsi nécessaires les pratiques d’hygiène orale. Par ailleurs, la seule présence du microbiote oral inhibe passivement la colonisation par des agents pathogènes, plusieurs espèces résidentes s’étant avérées exercer des effets antipathogènes directs (1). L’étude du microbiote oral par caractérisation du microbiome oral est en soi difficile, étant donné que le microbiote oral est constitué d’au moins 700 espèces microbiennes (2). En outre, la cavité orale est constamment exposée à des environnements externes et à des milieux microbiens par la consommation d’aliments, l’ingestion d’air ou les contacts sociaux (p. ex. le baiser) (1).

Microbial DNA
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Les premiers profils métagénomiques du microbiome oral portaient sur les maladies orales, révélant des communautés microbiennes multiespèces distinctes et complexes au sein des caries et plaques dentaires.

Cette complexité rend extrêmement difficile l’identification d’agents et/ou de mécanismes pathologiques spécifiques à l’aide des méthodes classiques telles que la culture bactérienne. Toutefois, associée à la technologie de séquençage nouvelle génération, la métagénomique permet désormais d’étudier simultanément les communautés microbiennes dans leur intégralité (3). Les premiers profils métagénomiques du microbiome oral portaient sur les maladies orales, révélant d’une part l’existence de communautés microbiennes multiespèces distinctes et complexes au sein des caries et plaques dentaires, d’autre part les différences prononcées dans la composition du microbiote entre les individus souffrant de ces conditions et ceux qui n’en souffrent pas. (3, 4). Afin d’approfondir ce dernier point, d’autres études ont fait appel à des approches métagénomiques permettant de construire les profils bactériens caractéristiques des individus avec affections parodontales ou autres maladies inflammatoires (2). Il s’agit d’un point particulièrement important, étant donné que l’inflammation orale a été liée à un risque élevé de maladie cardiovasculaire (5). En effet, la métagénomique a permis de découvrir que les bactéries dans les plaques d’athérome sont aussi présentes avec la même abondance dans la cavité orale, indiquant à la fois la relation potentielle entre ces deux populations et la possibilité que le microbiome oral soit utilisé comme biomarqueur de la maladie cardiovasculaire (6).


Le microbiote intestinal

Le microbiote intestinal est la communauté microbienne la mieux connue parmi celles qui résident chez l’être humain. Bien que généralement dominé par seulement deux phyla, le microbiote intestinal est extrêmement divers aux niveaux taxonomiques inférieurs. En effet, jusqu’en 2016, plus de 10 millions de gènes avaient été identifiés et catalogués comme appartenant au microbiome intestinal (7). De la même façon que le microbiote oral est en partie façonné par les contacts externes, la composition du microbiote intestinal est modulée par les habitudes alimentaires à long terme (7). Compte tenu de son rôle dans la digestion et le métabolisme, il n’est pas surprenant que le microbiote intestinal ait été lié à l’obésité et à des maladies métaboliques comme le diabète de type II (7). Des approches métagénomiques ont été utilisées pour étudier les propriétés du microbiome intestinal afin d’identifier des marqueurs et/ou des profils spécifiques associés à la pathologie (8). Les études menées chez des patients minces et obèses, par exemple, ont montré que ces derniers peuvent présenter une plus grande diversité d’espèces et/ou connaître des variations proportionnelles dans la composition du microbiome (9), tandis que le profilage métagénomique du microbiote intestinal chez les patients diabétiques a permis d’identifier des biomarqueurs de polymorphisme spécifiques à certaines espèces (10–11).

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Des approches métagénomiques ont été utilisées pour étudier les propriétés du microbiome intestinal afin d’identifier des marqueurs et/ou des profils spécifiques associés à la pathologie.
 
Des approches équivalentes ont également été utilisées pour tenter d’examiner le rôle du microbiote dans les maladies inflammatoires intestinales (MII), mettant en évidence des différences essentielles en termes de composition et d’activité transcriptionnelle dans les génomes et les transcriptomes du microbiote chez les patients souffrant de MII (12). Enfin, le microbiote peut contenir des microbes présentant des propriétés oncogéniques comme Helicobacter pylori et le papillomavirus humain (HPV). À ce titre, les chercheurs explorent chaque relation possible entre microbiote et cancer, grâce à des analyses métagénomiques identifiant les changements dans la composition du microbiome pour divers types de cancers, dont le cancer colorectal, le cancer du sein et le cancer de l’estomac (13–15).

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Références
  1. Wade, W. G. (2013) The oral microbiome in health and disease. Pharmacol. Res. 69(1), 137–143.
  2. Xu, P. and Gunsolley, J. (2014) Application of metagenomics in understanding oral health and disease. Virulence 5(3), 424–432.
  3. Belda-Ferre, P. et al. (2012) The oral metagenome in health and disease. ISME J. 6(1), 46–56.
  4. Xie, G. et al. (2010) Community and gene composition of a human dental plaque microbiota obtained by metagenomic sequencing. Mol. Oral Microbiol. 25(6), 391–405.
  5. Kholy, K. E. et al. (2015) Oral infections and cardiovascular disease. Trends Endocrinol. Metab. 26(6), 315–321.
  6. Koren, O. et al. (2011) Human oral, gut, and plaque microbiota in patients with atherosclerosis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108(Suppl 1), 4592–4598.
  7. Arora, T. and Bäckhed, F. (2016) The gut microbiota and metabolic disease: current understanding and future perspectives. J. Intern. Med. 280(4), 339–349.
  8. Del Chierico, F. et al. (2018) Gut microbiota markers in obese adolescent and adult patients: age-dependant differential patterns. Front. Microbiol. 9, 1210.
  9. Castaner, O. et al. (2018) The gut microbiome profile in obesity: a systematic review. Int. J. Endocrinol. 2018, 4095789.
  10. Qin, J. et al. (2012) A metagenome-wide association study of gut microbiota in type 2 diabetes. Nature 490(7418), 55–60.
  11. Chen, Y. (2017) Gut metagenomes of type 2 diabetic patients have characteristic single-nucleotide polymorphism distribution in Bacteroides coprocola. Microbiome 5, 15.
  12. Schirmer, M. et al. (2018) Dynamics of metatranscription in the inflammatory bowel disease gut microbiome. Nat. Microbiol. 3(3), 337–346.
  13. Flemer, B. et al. (2017) Tumour-associated and non-tumour-associated microbiota in colorectal cancer. Gut 66(4), 633–643.Bhatt, A. P. et al. (2017) The role of the microbiome in cancer development and therapy. CA Cancer. J. Clin. 67(4), 326–344.
  14. Ferreira, R. M. et al. (2018) Gastric microbial community profiling reveals a dysbiotic cancer-associated microbiota. Gut 67(2), 226-236.