Quintillion de microbes dans une personne définissent notre essence

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

Plus les scientifiques étudient les microbes qui vivent dans le corps humain, plus ils en apprennent sur la puissante influence de ces miettes sur notre apparence, notre comportement, voire sur notre façon de penser et de ressentir.

Les virus, bactéries, champignons unicellulaires et autres organismes qui vivent dans les poumons et les intestins, la peau et les globes oculaires dépendent-ils vraiment de notre santé et de notre bien-être ? N'est-il pas trop étrange de croire que les créatures microscopiques que nous portons en nous et sur nous-mêmes déterminent à bien des égards notre essence même ?

L'influence du microbiome - c'est le nom de ce mini-zoo - peut être fondamentale dès les premiers stades de développement.

L'une des études, dont les résultats ont été publiés l'année dernière, montre que même une qualité apparemment innée comme le tempérament d'un nourrisson peut dépendre du fait que la majorité des bactéries de ses intestins appartiennent au même genre: plus il y a de bifidobactéries, plus l'enfant est joyeux..

Les conclusions d'Anna-Katariina Aatsinki et de ses collègues de l'Université de Turku en Finlande sont basées sur l'analyse d'échantillons de selles de 301 bébés. Les enfants qui avaient plus de bifidobactéries à deux mois étaient plus susceptibles de montrer des « émotions positives », comme l'ont déterminé les chercheurs, à six mois.

L'étude du microbiome a commencé relativement récemment - en fait, il y a seulement 15 ans. Cela signifie que la plupart des recherches effectuées à ce jour ont été préliminaires et de portée modeste, impliquant seulement des dizaines de souris ou d'humains. Les scientifiques ont trouvé une relation précise entre l'état du microbiome et diverses maladies, mais n'ont pas encore été en mesure d'identifier des relations de cause à effet claires entre des habitants spécifiques d'un "monde intérieur" densément peuplé d'une personne et sa santé.

Même le nombre de ces habitants est incroyable: on pense aujourd'hui qu'environ 38 quintillions (1012) de microbes vivent dans le corps d'un jeune homme ordinaire - c'est encore plus que leurs propres cellules humaines. Si nous apprenons à comprendre comment disposer de cette - la nôtre - richesse, des perspectives fascinantes s'ouvriront devant nous.

Selon les optimistes, dans un avenir proche, il deviendra courant d'injecter à une personne des complexes sains de microbes sous forme de prébiotiques (composés qui agissent comme un substrat sur lequel les bactéries bénéfiques peuvent se multiplier), de probiotiques (ces bactéries elles-mêmes) ou par voie fécale. transplantation (greffe d'un microbiome intestinal riche de donneurs) - pour qu'il se sente en bonne santé.

Lorsque les gens parlent de microbiome, ils désignent principalement les habitants du tractus gastro-intestinal, qui constituent 90 % de nos micro-organismes. Cependant, d'autres organes grouillent de vie: des microbes remplissent toute partie du corps qui est en contact avec le monde extérieur: yeux, oreilles, nez, bouche, anus, système génito-urinaire. De plus, des germes sont présents sur n'importe quel morceau de peau, notamment au niveau des aisselles, du périnée, entre les orteils et dans le nombril.

Et voici ce qui est vraiment étonnant: chacun de nous possède un ensemble unique de microbes que personne d'autre n'a. Aujourd'hui, selon Rob Knight du Center for Microbiome Innovation de l'Université de Californie (San Diego), on peut déjà affirmer que la probabilité que deux personnes aient le même ensemble d'espèces dans les microbiomes approche de zéro. Le caractère unique du microbiome pourrait être exploité en médecine légale, a déclaré Knight. « Quiconque a touché un objet est repéré par l'« empreinte digitale » du microbiome qui est laissée sur la peau d'une personne», explique-t-il. Eh bien, un jour, les enquêteurs, à la recherche de preuves, commenceront à collecter des échantillons de microbes vivant sur la peau, tout comme ils le font aujourd'hui pour les empreintes digitales.

Dans cet article, nous partagerons certaines des découvertes importantes faites par les scientifiques qui ont étudié le microbiome et comment il nous affecte de la petite enfance à la vieillesse.

Enfance

Le fœtus dans l'utérus est pratiquement stérile. En se faufilant dans le canal génital, il rencontre une myriade de bactéries. Lors d'un accouchement normal, le bébé est « lavé » par les microbes qui vivent dans le vagin; de plus, les bactéries intestinales de la mère s'y installent. Ces microbes commencent immédiatement à habiter ses propres intestins, entrant dans une sorte de communication avec le système immunitaire en développement. Ainsi, dès les premiers stades de son existence, le microbiome prépare le système immunitaire à fonctionner correctement à l'avenir.

Si le bébé est né par césarienne, il n'y a pas de contact avec les bactéries de la mère et d'autres micro-organismes colonisent ses intestins - de la peau de la mère et du lait maternel, des mains d'une infirmière, même du linge d'hôpital. Un tel microbiome étranger peut compliquer toute la vie future d'une personne.

En 2018, Paul Wilms du Center for Systems Medicine de l'Université du Luxembourg a publié les résultats d'une étude portant sur 13 bébés nés naturellement et 18 bébés nés chirurgicalement. Wilms et ses collègues ont analysé les selles des nouveau-nés et de leurs mères, ainsi que des écouvillonnages vaginaux de femmes en travail. Les « césariennes » avaient significativement moins de bactéries qui produisent des lipopolysaccharides et stimulent ainsi le développement du système immunitaire. Il reste peu de ces microbes pendant au moins cinq jours après la naissance - cela, selon Wilms, est suffisant pour entraîner des conséquences à long terme pour l'immunité.

Après un certain temps, généralement avant le premier anniversaire, les microbiomes des enfants des deux groupes acquièrent des similitudes. Cependant, selon Wilms, la différence observée dans les premiers jours de la vie signifie que dans le corps des bébés nés par césarienne, la primovaccination peut ne pas réussir, au cours de laquelle les cellules immunitaires apprennent à répondre correctement aux influences extérieures. Cela explique probablement pourquoi ces enfants sont plus susceptibles de développer une variété de problèmes liés au fonctionnement du système immunitaire, notamment les allergies, l'inflammation et l'obésité. Selon Wilms, à l'avenir, peut-être, les « césariennes » recevront des probiotiques, créés à partir de souches de bactéries de la mère, afin de peupler leur système digestif de microbes bénéfiques.

Enfance

Les allergies alimentaires sont devenues si courantes que certaines écoles ont imposé des restrictions sur la nourriture que les enfants peuvent emporter à la maison (par exemple, ils ne sont pas autorisés à apporter des barres de cacahuètes ou des sandwichs à la confiture) afin que certains camarades de classe ne développent pas de réaction allergique. Aux États-Unis, 5,6 millions d'enfants souffrent d'allergies alimentaires, c'est-à-dire qu'il y a au moins deux à trois enfants de ce type dans chaque classe.

Diverses raisons sont citées qui pourraient conduire à la propagation des allergies, notamment une augmentation du nombre de bébés nés par césarienne et la surutilisation d'antibiotiques qui peuvent détruire les bactéries qui nous protègent. Katherine Nagler et ses collègues de l'Université de Chicago ont décidé de tester si la propagation des allergies alimentaires chez les enfants est liée à la composition de leur microbiome. L'année dernière, ils ont publié les résultats d'une étude portant sur huit enfants de six mois, dont la moitié étaient allergiques au lait de vache. Il s'est avéré que les microbiomes des représentants des deux groupes sont assez différents: dans les intestins des bébés en bonne santé, il y avait des bactéries typiques du bon développement des enfants de leur âge, et des bactéries plus caractéristiques des adultes ont été trouvées chez ceux qui souffrent de la vache allergies au lait.

Chez les enfants allergiques, a déclaré Nagler, la transition généralement lente du microbiome de l'enfance à l'adulte « s'est produite à un rythme anormal ».

Nagler et ses collègues ont transplanté (à l'aide de greffes fécales) les bactéries intestinales de « leurs » bébés dans des souris, nées par césarienne et élevées dans des conditions stériles, c'est-à-dire totalement exemptes de microbes. Il s'est avéré que seules les souris transplantées à partir de bébés en bonne santé ne présentaient pas de réaction allergique au lait de vache. D'autres, comme leurs donneurs, sont devenus allergiques.

D'autres études ont montré que le rôle principal dans la protection du premier groupe de souris était apparemment joué par des bactéries d'une espèce, trouvées uniquement chez les enfants: Anaerostipes caccae du groupe Clostridia. Les clostridies préviennent également les allergies aux arachides, ont découvert Nagler et ses collègues dans une étude.

Nagler, président et co-fondateur de la startup pharmaceutique ClostraBio basée à Chicago, espère tester le potentiel thérapeutique d'Anaerostipes caccae chez des souris de laboratoire puis chez des personnes allergiques. La première tâche était de trouver un endroit dans les intestins où une troupe de bactéries bénéfiques pourrait être débarquée. Même dans un microbiome malsain, dit Nagler, toutes les niches sont déjà remplies; de sorte que pour que Clostridia s'enracine dans un nouvel endroit, vous devez chasser les habitants précédents. Par conséquent, ClostraBio a créé un médicament qui libère une certaine niche dans le microbiome. Nagler et ses collègues le « prescrivent » aux souris, puis leur injectent plusieurs types de Clostridia, ainsi que des fibres alimentaires qui favorisent la reproduction des microbes. Nagler espère commencer des essais cliniques humains de Clostridia dans les deux prochaines années, et éventuellement créer un médicament pour les enfants souffrant d'allergies alimentaires.

Les microbes intestinaux peuvent également être associés à d'autres maladies chez les enfants, notamment le diabète de type I. En Australie, des scientifiques ont analysé des échantillons de selles de 93 enfants dont les proches souffraient de diabète et ont découvert que ceux d'entre eux qui ont développé par la suite la maladie avaient des niveaux accrus d'entérovirus A dans leurs selles. Cependant, l'un des expérimentateurs, W. Ian Lipkin de Meilmanovskaya La School of Public Health de l'Université de Columbia met en garde ses collègues contre le fait de sauter aux conclusions selon lesquelles les causes de certaines maladies sont uniquement dues à des différences dans le microbiome. "Tout ce que nous savons avec certitude", dit-il, "c'est que certains microbes sont en quelque sorte liés à certaines maladies."

Pourtant, Lipkin est enthousiaste quant à l'avenir de la science du microbiome. Selon ses prévisions, au cours des cinquante prochaines années, les scientifiques révéleront le mécanisme de l'effet du microbiome sur le corps et commenceront des essais cliniques chez l'homme afin de démontrer comment la santé peut être améliorée en « éditant » le microbiome.

Jeunesse

De nombreux adolescents ont une prédisposition à l'acné - et il semble y avoir un phénomène appelé "microbiome sébacé". La peau des hommes est particulièrement accueillante pour deux souches de la bactérie Cutibacterium acnes associée à l'acné. La plupart des souches de cette bactérie sont sûres voire bénéfiques car elles inhibent la croissance des microbes pathogènes; en fait, cette bactérie est un composant majeur du microbiome normal du visage et du cou.

Cependant, une mauvaise souche peut faire beaucoup de mal: sa présence, selon Amanda Nelson, dermatologue à l'Université de Pennsylvanie College of Medicine, est l'une des conditions préalables au développement de l'inflammation. Entre autres raisons du développement de la maladie, les scientifiques appellent sébum (produit par les glandes sébacées pour hydrater la peau), qui sert de terreau fertile pour C. acnes, les follicules pileux et une tendance à l'inflammation. Tout fonctionne ensemble, et selon Nelson, nous ne savons pas encore ce qui est le plus important.

Des chercheurs de la faculté de médecine de l'Université de Washington ont examiné le microbiome des glandes sébacées et ont découvert que le seul traitement de longue durée contre l'acné, l'isotrétinoïne (connue sous divers noms commerciaux), agit en partie en modifiant le microbiome cutané, augmentant la diversité globale de microbes, parmi lesquels il est plus difficile pour les souches nuisibles de s'enraciner.

Maintenant que les scientifiques ont appris que l'isotrétinoïne agit en modifiant la composition du microbiome, ils peuvent essayer de créer d'autres médicaments ayant le même effet, mais, espérons-le, plus sûrs - après tout, l'isotrétinoïne peut entraîner des malformations congénitales chez les enfants si les mères ont pris le médicament pendant pendant la grossesse.

Maturité

Et si vous pouviez faire plus avec vos entraînements en empruntant simplement les microbes intestinaux d'un athlète ? Cette question a été posée par des scientifiques de l'Université Harvard. Pendant deux semaines, ils ont collecté quotidiennement des échantillons de selles de 15 coureurs qui ont participé au marathon de Boston 2015 - commençant une semaine avant la course et se terminant une semaine plus tard - et les ont comparés à des échantillons de selles prélevés sur dix personnes du groupe témoin également sur deux semaines. ne fonctionne pas. Les chercheurs ont découvert que quelques jours après le marathon, les échantillons prélevés sur les coureurs contenaient significativement plus de bactéries Veillonella atypica que ceux du groupe témoin.

« Cette découverte explique beaucoup de choses, car Veilonella a un métabolisme unique: sa source d'énergie préférée est le lactate, le sel de l'acide lactique », explique Aleksandar Kostić du Joslin Diabetes Research Center et de la Harvard Medical School. « Et nous avons pensé: peut-être que Veilonella décompose le lactate musculaire dans le corps de l'athlète ? » Et, s'il en est bien ainsi, est-il possible, en présentant ses souches à des personnes éloignées du sport professionnel, d'augmenter leur endurance ?

Ensuite, les scientifiques se sont attaqués à des souris de laboratoire: Veilonella, isolée des selles d'un des coureurs, a été injectée à 16 souris avec un microbiome normal testé pour les agents pathogènes. Les sujets étaient ensuite placés sur un tapis roulant et forcés de courir jusqu'à épuisement. La même chose a été faite avec 16 souris témoins; seulement ils ont été injectés avec des bactéries qui ne consomment pas de lactate. Il s'est avéré que les souris « infectées » par Veilonella ont couru beaucoup plus longtemps que les animaux témoins, ce qui signifie, selon les chercheurs, que le microbiome peut jouer un rôle essentiel dans le maintien des performances.

Selon Kostich, cette expérience est "un merveilleux exemple de ce que la symbiose nous donne". Veilonella prospère lorsqu'une personne, son porteur, à la suite d'une activité physique produit du lactate, dont elle se nourrit, et, à son tour, profite à la personne en convertissant le lactate en propionate, ce qui affecte les performances de l'hôte, car, entre autres,, augmente la fréquence des contractions du cœur et améliore le métabolisme de l'oxygène et, éventuellement, prévient le développement d'une inflammation dans les muscles.

« Ce type de relation semble sous-tendre la plupart des interactions entre les humains et le microbiome », explique Kostich. "En fin de compte, la relation entre eux est si mutuellement bénéfique."

Le microbiome peut également être responsable des caractéristiques les moins agréables de la nature humaine, notamment des troubles mentaux tels que l'anxiété et la dépression. En 2016, des scientifiques de l'Université nationale d'Irlande à Cork ont publié les résultats d'une étude sur l'influence du microbiome sur le développement de la dépression. Les chercheurs ont divisé 28 rats de laboratoire en deux groupes. Le groupe expérimental a reçu des greffes de microflore intestinale de trois hommes souffrant de dépression sévère, et le groupe témoin - de trois hommes en bonne santé.

Il s'est avéré que le microbiome intestinal des personnes souffrant de dépression a plongé dans la dépression et les rats. Par rapport aux animaux témoins, ils ont montré une perte d'intérêt pour les activités qui procurent du plaisir (chez les rats, cela est déterminé par la fréquence à laquelle ils veulent boire de l'eau sucrée) et une anxiété accrue, exprimée dans leur désir d'éviter les zones ouvertes ou inconnues du laboratoire. labyrinthe.

Compte tenu de la grande différence entre les rats et les humains, les chercheurs notent que leur étude fournit de nouvelles preuves que le microbiome intestinal peut jouer un rôle dans la dépression. Tôt ou tard, disent-ils, le jour viendra peut-être où la dépression et d'autres troubles similaires seront combattus, notamment en ciblant certaines bactéries du corps humain.

Vieillesse

Le microbiome est à la fois résilient et fluide. Sa structure unique est en grande partie formée par l'âge de quatre ans, et seuls des facteurs très importants peuvent vraiment l'affecter - par exemple, un changement de régime alimentaire, l'intensité de l'activité physique ou le temps passé à l'extérieur, le déménagement vers un nouveau lieu de résidence, l'utilisation d'antibiotiques et de certains autres médicaments. Cependant, dans un sens, le microbiome est en constante évolution, changeant subtilement à chaque repas. Chez les adultes, ces changements sont si prévisibles que votre âge peut être approximativement déterminé en vous familiarisant simplement avec l'ensemble des bactéries vivant dans les intestins.

Cette technique, connue sous le nom de "détermination de l'âge par l'horloge du microbiome du vieillissement", nécessite l'aide de l'intelligence artificielle, comme dans une expérience récemment menée par la startup hongkongaise Insilico Medicine. Les scientifiques ont collecté des informations sur les microbiomes de 1165 personnes d'Europe, d'Asie et d'Amérique du Nord. Un tiers d'entre eux avait 20-30 ans, un autre tiers - 40-50 ans et le dernier - 60-90 ans.

Les scientifiques, en marquant l'âge de leurs porteurs, ont soumis les données sur 90 pour cent des microbiomes à une « interprétation informatique », puis ont appliqué les modèles identifiés par l'intelligence artificielle aux microbiomes des dix pour cent restants des personnes dont l'âge n'était pas marqué. Il a été possible d'établir leur âge avec une erreur de seulement quatre ans.

Que signifie « éditer » son microbiome et vivre en paix ? Hélas, même les plus grands passionnés de la science du microbiome disent qu'il est difficile de tirer des conclusions précises sur la relation entre le microbiome et la santé humaine jusqu'à présent, et insistent sur le fait qu'il faut faire très attention lors de la transition vers un traitement avec des greffes bactériennes.

Beaucoup s'extasient maintenant sur le potentiel d'utilisation du microbiote comme médicament, déclare Paul Wilms de l'Université du Luxembourg, notant que les sociétés pharmaceutiques développent de nouveaux probiotiques pour équilibrer le microbiome.

« Avant de pouvoir vraiment le faire correctement et intelligemment », déclare Wilms, « nous devons comprendre en détail ce qu'est un microbiome sain et comment il affecte exactement le corps humain. Je pense qu'on est encore très loin de ça."

Des microbes en nous

• côlon - 38 quintillions
• plaque - 1 quintillion
• peau - 180 milliards
• salive - 100 milliards
• intestin grêle - 40 milliards
• estomac - 9 millions

Voir le microbiome

Toutes les images de cet article ont été prises par Martin Eggerly à l'aide d'un microscope électronique à balayage: les échantillons ont été séchés, des atomes d'or ont été pulvérisés dessus et placés dans une chambre à vide. La longueur d'onde du faisceau d'électrons du microscope est plus courte que la lumière visible, de sorte que le faisceau "met en évidence" les objets les plus petits, mais en dehors du spectre de couleurs. Les microbes teints Eggerly, dont la couleur est connue, dans ces couleurs, dans d'autres cas, il a choisi une gamme différente afin que les microbes et leurs caractéristiques puissent être distingués.