Mosaïque individualisée de souches microbiennes transférées de la mère à l'intestin du nourrisson

« Mosaïque individualisée de souches microbiennes transférées de la mère à l'intestin du nourrisson », source communiqué de l’Université d’Alabama à Birmingham.

La mosaïque représente un état dans lequel deux ou plusieurs populations de cellules avec des génotypes différents coexistent dans un individu ou un organisme. 

Les communautés microbiennes dans l'intestin, également connues sous le nom de microbiome intestinal, sont vitales pour la digestion humaine, le métabolisme et la résistance à la colonisation par des agents pathogènes. La composition du microbiome intestinal chez les nourrissons et les tout-petits change considérablement au cours des trois premières années de vie.

Mais d'où viennent ces microbes en premier lieu?

Les scientifiques ont depuis longtemps pu analyser le microbiome intestinal au niveau de 500 à 1 000 espèces bactériennes différentes qui ont principalement une influence bénéfique; ce n'est que plus récemment qu'ils ont pu identifier des souches individuelles au sein d'une même espèce à l'aide de puissants outils génomiques et de superordinateurs qui analysent des quantités massives de données génétiques.

Des chercheurs de l'Université de l'Alabama à Birmingham  (UAB) ont maintenant utilisé leur méthode d’«empreinte» du microbiome pour rapporter qu'une mosaïque individualisée de souches microbiennes est transmise au microbiome intestinal du nourrisson par une mère qui accouche par voie vaginale. Ils ont détaillé cette transmission en analysant les bases de données métagénomiques existantes d'échantillons fécaux provenant de paires mère-enfant, ainsi qu'en analysant la transmission de la mère et du petit dans un modèle de souris sans germe ou gnotobiotique à l'UAB, où des mères ont été inoculées avec des microbes fécaux humains.

« Les résultats de notre analyse démontrent que plusieurs souches de microbes maternels - certaines qui ne sont pas abondantes dans la communauté fécale maternelle - peuvent être transmises pendant la naissance pour établir une communauté microbienne intestinale infantile diversifiée », a déclaré Casey Morrow, professeur émérite au Department of Cell, Developmental and Integrative Biology de l'UAB. « Notre analyse fournit de nouvelles perspectives sur l'origine des souches microbiennes dans la communauté microbienne infantile complexe. »

L'étude a utilisé un outil de bioinformatique de suivi des souches précédemment développé à l'UAB, appelé Window-based Single-nucleotide-variant Similarity, ou WSS. Hyunmin Koo, Department of Genetics and Genomics Core de l’UAB, a dirigé l'analyse informatique. Les études sur les modèles de souris gnotobiotiques ont été dirigées par Braden McFarland, professeur au Department of Cell, Developmental and Integrative Biology de l'UAB.

Morrow et ses collègues ont utilisé cet outil d'empreinte des microbes dans plusieurs études antérieures de suivi des souches.

En 2017, ils avaient constaté que les microbes des donneurs de matières fécales - utilisés pour traiter les patients présentant des infections récurrentes à Clostridium difficile - restaient chez les receveurs pendant des mois ou des années après les transplantations fécales.

En 2018, ils ont montré que les modifications du tractus gastro-intestinal supérieur par chirurgie de l'obésité conduisaient à l'émergence de nouvelles souches de microbes.

En 2019, ils ont analysé la stabilité de nouvelles souches chez des individus après des traitements antibiotiques, et plus tôt cette année, ils ont constaté que des jumeaux adultes, âgés de 36 à 80 ans, partageaient une certaine souche ou des souches entre chaque paire pendant des années, et même des décennies, après avoir commencé à vivre séparément les uns des autres.

Dans la présente étude, plusieurs schémas particuliers de partage de souches microbiennes ont été retrouvés entre les mères et les nourrissons. Trois paires mère-enfant ne présentaient que des souches apparentées, tandis qu'une douzaine d'autres nourrissons de paires mère-enfant contenaient une mosaïque de microbes maternels et non apparentés. Il se pourrait que les souches non apparentées proviennent de la mère, mais elles n'avaient pas été la souche dominante de cette espèce chez la mère et n'avaient donc pas été détectées.

En effet, dans une deuxième étude, utilisant un ensemble de données de neuf femmes prises à différents moments de leur grossesse, a montré que des variations de souches dans des espèces individuelles se sont produites chez sept des femmes.

Pour définir plus précisément la source des souches non apparentées, un modèle de souris a été utilisé pour examiner la transmission des mères aux petits en l'absence de microbes environnementaux.

Cinq femelles différentes ont reçu des greffes de différentes matières fécales humaines pour créer cinq souris à microbiome humanisé uniques, qui ont été élevées avec des mâles gnotobiotiques. Les chercheurs ont ensuite analysé les souches retrouvées chez les donneurs humains, les mères de souris et leurs petits.

Ils ont trouvé quatre modèles différents: 1) La souche d’un petit d'une espèce particulière était liée à la souche de la mère; 2) La souche du petit était liée à la fois à la souche de la mère et à celle du donneur humain; 3) La souche du petit était liée à la souche du donneur humain, mais pas à celle de la mère; et, surtout, 4) Aucune souche apparentée pour une espèce particulière n'a été retrouvée entre le petit, la mère et le donneur humain. Étant donné que ces animaux ont été nourris et élevés dans des conditions exemptes de germes, les souches non apparentées chez les petits provenaient de souches mineures non détectées chez les mères.

« Les résultats de nos études soutiennent un réexamen de la contribution de différents microbes maternels à la communauté microbienne entérique du nourrisson », a déclaré Morrow. « La constellation de souches microbiennes que nous avons détectée chez les nourrissons hérités de la mère était différente dans chaque couple mère-enfant. Compte tenu du rôle reconnu du microbiome dans les maladies métaboliques telles que l'obésité et le diabète de type 2, les résultats de notre étude pourraient aider à expliquer davantage la sensibilité du nourrisson aux maladies métaboliques trouvées chez la mère. »

L'étude, An individualized mosaic of maternal microbial strains is transmitted to the infant gut microbial community, a été publiée dans Royal Society Open Science.