Une stratégie égoïste augmente la prévalence de bactéries du microbiome

« Une stratégie égoïste augmente la prévalence de bactéries du microbiome », source communiqué du Quadram Institute.

Des chercheurs du Quadram Institute ont découvert une voie métabolique unique qui confère à un membre clé du microbiote intestinal un avantage concurrentiel lors de la colonisation de notre corps.

En plus de fournir de nouvelles informations sur la relation symbiotique que nous entretenons avec nos bactéries intestinales, la découverte de cette voie pourrait également fournir de nouvelles cibles pour les biomarqueurs ou les traitements pour les affections liées aux déséquilibres du microbiote.

Notre tube digestif abrite des milliards de microbes, appelés collectivement le microbiote, qui jouent un rôle vital dans le maintien d'une bonne santé. La muqueuse de l'intestin est recouverte de mucus. Cela a un double rôle: il aide à empêcher les bactéries d’accéder et de traverser la muqueuse intestinale, mais fournit également des nutriments au microbiote.

Le mucus est composé de protéines appelées mucines. Les mucines sont fortement « décorées » avec des molécules de sucre appelées glycanes.

Des études antérieures ont indiqué que ces glycanes sont une source importante de sucres pour le métabolisme bactérien. Le type de glycane change en descendant dans le tube digestif, avec les glycane de l'acide sialique prédominant dans le mucus du côlon chez l'homme. Comme il s'agit du site principal du microbiote intestinal, les bactéries capables de métaboliser l'acide sialique présentent un avantage distinct.

Plusieurs espèces de bactéries intestinales possèdent le groupe de gènes nécessaire pour métaboliser l'acide sialique, dont Ruminococcus gnavus. C'est l'un des premiers colonisateurs de l'intestin du nourrisson et il persiste jusqu'à l'âge adulte. R. gnavus est présent chez environ 90% des humains et est considéré comme un membre dominant du microbiote intestinal « normal ». Il est également surreprésenté dans le microbiote de personnes souffrant d'un certain nombre d'affections, dont les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI).

R. gnavus jouant apparemment un rôle important dans un microbiote en bonne santé et dans des maladies, il a donc suscité beaucoup d'intérêt pour comprendre sa capacité à se nourrir des nutriments dans l'intestin. Cette nouvelle étude révèle la voie métabolique unique et explique pourquoi elle présente un avantage particulier par rapport aux autres microbes.

Le professeur Nathalie Juge et son groupe du Quadram Institute ont précédemment découvert que R. gnavus peut séparer l'acide sialique des molécules de mucine, mais contrairement à d'autres bactéries, il est modifié chimiquement.

Dans une nouvelle étude, publiée dans la revue NatureMicrobiology, l’équipe a montré comment cette modification permet à la bactérie de conserver l’acide sialique pour elle-même. Tandis que d'autres bactéries libèrent de l'acide sialique libre pour que les autres membres du microbiote le métabolisent, R. gnavus agit de manière égoïste et peut donc en bénéficier.

Des bactéries (rouge) colonisant la couche de mucus du côlon (vert). Image de Laura Vaux, Institut Quadram.
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En collaboration avec des collègues de Diamond Light Source, de l’Université d’East Anglia (UEA), de l’Université de York et de l’Université de Californie, Andrew Bell, étudiant en doctorat de l’équipe de Juge, a identifié les gènes et caractérisé les protéines utilisées pour transporter et métaboliser l’acide sialique modifié. Les scientifiques ont découvert que R. gnavus avait une protéine qui transportait spécifiquement l'acide sialique modifié dans ses cellules. L'étude a été financée par le Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC)  et l’US National Institutes of Health (NIH).

Le Dr Jesus Angulo, de l’École de pharmacie de l’UEA, a déclaré: « Un aspect important de ce mécanisme « égoïste » remarquable consiste à comprendre comment il peut transporter sélectivement le nutriment à l’intérieur de la cellule. Ici à l’UEA, nous avons développé une nouvelle méthode et l'avons appliquée pour voir comment une protéine clé de cet important symbiote digestif fonctionne au niveau du détail atomique. »

Une fois à l'intérieur de la cellule, les bactéries peuvent supprimer la modification, leur permettant de métaboliser l'acide sialique. Les chercheurs du Quadram Institute ont ensuite neutralisé les gènes de cette voie métabolique exclusive, qui altérait gravement la capacité de R. gnavus à coloniser la couche de mucus, indiquant ainsi son importance pour ces bactéries.