Des microbes numériques pour une alimentation saine
Publié le mercredi 30 novembre 2016
L'intestin contient des centaines d'espèces bactériennes différentes qui nous aident à digérer les aliments. Les processus métaboliques de ces bactéries sont non seulement essentiels pour notre santé, mais ils sont aussi extrêmement complexes. Une équipe de recherche du Centre du Luxembourg pour la biomédecine des systèmes (LCSB) de l'Université du Luxembourg a franchi une étape décisive dans la modélisation informatique des communautés bactériennes intestinales, le microbiome. Les chercheurs ont rassemblé toutes les données connues sur le métabolisme de 773 souches bactériennes : un nombre sans précédent. En travaillant à partir de ces données, ils ont mis au point un modèle informatique pour chaque souche bactérienne. Ce recueil appelé AGORA peut désormais être utilisé sur ordinateur pour simuler des processus métaboliques ayant lieu dans les microbes et pour étudier la façon dont ils affectent le métabolisme d'autres microbes et celui de leur hôte humain. L'équipe du LCSB publie ses résultats dans le journal scientifique « Nature Biotechnologie » (DOI : 10.1038/nbt.3703). Le recueil des modèles métaboliques prédictifs est disponible pour les chercheurs sur vmh.uni.lu.
Savoir reproduire des processus métaboliquesLes espèces bactériennes vivant dans l'intestin humain nous aident non seulement à digérer les aliments, mais aussi à produire de précieuses vitamines, et influencent même notre façon de métaboliser les médicaments. Les processus métaboliques de ces bactéries sont cruciaux pour notre santé et extrêmement complexes : les bactéries sont constamment en contact avec nos cellules intestinales, et les différents organismes s'influencent en permanence les uns les autres. C'est la raison pour laquelle ces bacteries jouent un rôle aussi important pour notre santé, notamment dans de nombreuses maladies. Malgré de nombreuses avancées dans la science, notre connaissance de ces microbes reste limitée. Pour améliorer notre compréhension et pour favoriser de nouvelles découvertes, l'équipe de recherche dirigée par le Professeur Ines Thiele, scientifique au LCSB et responsable du groupe Molecular Systems Physiology (Physiologie des systèmes moléculaires), vient de créer le recueil le plus complet de modèles informatiques pour 773 microbes intestinaux différents et capturant leur métabolisme individuel, appelé AGORA. « AGORA est basée sur un nouveau concept pour la reconstruction comparée des modèles métaboliques bactériens », indique Ines Thiele : « Cela permet d'analyser un nombre sans précédent de souches bactériennes. Avec AGORA, et en incluant d'autres jeux de données, nous pouvons étudier systématiquement les interactions métaboliques dans le microbiome intestinal et la façon dont ces interactions sont influencées par des facteurs externes, y compris le régime alimentaire et le métabolisme hôte. » Le premier auteur de l'étude, Stefania Magnusdottir, passe actuellement son doctorat dans le groupe d'Ines Thiele au LCSB : « Une recherche approfondie de la documentation existante sur le métabolisme microbien a constitué la base de notre article, » explique-t-elle. « Nous avons réuni des données expérimentales et génomiques connues sur le métabolisme de 773 souches bactériennes pour affiner et valider les modèles informatiques. Sur cette base, nous avons caractérisé chaque métabolisme de microbe et avons découvert que leurs capacités métaboliques et notre régime alimentaire jouaient un rôle décisif dans l'interaction des microbes les uns avec les autres. Nous pouvons générer des modèles de microbiome personnalisés en intégrant ces modèles informatiques avec des données métagénomiques, notamment grâce au séquençage des microbes présents dans des échantillons de selles de personnes malades et saines. » Être force de proposition en matière de prévention« Nos modèles nous permettent de chercher de manière ciblée des voies métaboliques fondamentalement importantes pour le microbiome dans l'intestin, et nous pouvons ainsi déterminer ce qui pourrait déclencher des maladies lorsque ces processus métaboliques tournent mal », déclare le Dr Ronan Fleming, co-auteur, qui dirige le groupe Systems Biochemistry (Biochimie des systèmes) au LCSB : « Ces modèles AGORA nous permettront désormais d'étudier les incidences des interactions microbiome-hôte sur des maladies spécifiques ou de les utiliser dans le domaine émergent de la médecine personnalisée. » L'utilisation d'AGORA pour étudier le microbiome intestinal impliquera une étroite collaboration avec des chercheurs qui étudient le microbiome intestinal en laboratoire, y compris le Professeur Paul Wilmes, responsable du groupe Eco-System Biology (Biologie des écosystèmes) au LCSB. Son groupe a mis au point des méthodes pour étudier des bactéries intestinales dans des conditions de vie réelles. « AGORA nous dirige vers des processus métaboliques bactériens donnés pour réaliser des expériences ciblées permettant une modélisation précise et globale des processus dans les microbes intestinaux », affirme Paul Wilmes. Pour Ines Thiele, le haut niveau de précision n'est pas une fin en soi : « Nous voulons comprendre la façon dont les microbes modulent le métabolisme humain lorsque nous modifions notre régime alimentaire. Nous pourrions en déduire des pistes pour la prévention, voire le traitement des maladies, par exemple grâce à la détermination des compléments alimentaires susceptibles de modifier ces interactions dans un microbiome intestinal malade pour imiter les fonctions métaboliques d'un microbiome sain. » - - -
Cette publication est disponible sur ORBilu : Generation of genome-scale metabolic reconstructions for 773 members of the human gut microbiota En savoir plus sur la Virtual Metabolic Human Database (vmh.uni.lu) :
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