Communiqué de presse
Mercredi 13 juin 2012
Le séquençage du génome crée les premières données de référence pour les microbes vivant avec des adultes en bonne santé.
Les microbes habitent à peu près toutes les parties du corps humain, vivant sur la peau, dans l’intestin et dans le nez. Ils provoquent parfois des maladies, mais la plupart du temps, les micro-organismes vivent en harmonie avec leurs hôtes humains, assurant des fonctions vitales essentielles à la survie de l’homme. Pour la première fois, un consortium de chercheurs organisé par les National Institutes of Health a cartographié la composition microbienne normale des humains en bonne santé, produisant de nombreux aperçus et même quelques surprises.
Les chercheurs ont découvert, par exemple, que presque tout le monde est couramment porteur de pathogènes, des micro-organismes connus pour causer des maladies. Chez les individus sains, cependant, les agents pathogènes ne provoquent aucune maladie ; ils coexistent simplement avec leur hôte et le reste du microbiome humain, la collection de tous les micro-organismes vivant dans le corps humain. Les chercheurs doivent maintenant comprendre pourquoi certains agents pathogènes deviennent mortels et dans quelles conditions, révisant probablement les concepts actuels sur la façon dont les micro-organismes provoquent des maladies.
Dans une série de rapports scientifiques coordonnés publiés le 14 juin 2012 dans Nature et dans plusieurs revues de la Public Library of Science (PLoS), quelque 200 membres du Consortium du Projet Microbiome Humain (HMP) issus de près de 80 universités et institutions scientifiques rendent compte de cinq années de recherche. Depuis son lancement au cours de l’année fiscale 2007, le HMP a reçu 153 millions de dollars du NIH Common Fund, qui investit dans des recherches trans-NIH innovantes et à fort impact. Les instituts et centres individuels des NIH ont fourni 20 millions de dollars supplémentaires en cofinancement pour la recherche du consortium HMP.
« Comme les explorateurs du 15e siècle décrivant les contours d’un nouveau continent, les chercheurs de HMP ont employé une nouvelle stratégie technologique pour définir, pour la première fois, la composition microbienne normale du corps humain », a déclaré le directeur des NIH, Francis S. Collins, M.D., Ph.D. « HMP a créé une remarquable base de données de référence en utilisant les techniques de séquençage du génome pour détecter les microbes chez les volontaires sains. Cela jette les bases d’une accélération de la recherche sur les maladies infectieuses, auparavant impossible sans cette ressource communautaire. »
Méthodes et résultats
Le corps humain contient des trillions de micro-organismes – plus nombreux que les cellules humaines dans un rapport de 10 à 1. Cependant, en raison de leur petite taille, les micro-organismes ne représentent qu’environ 1 à 3 % de la masse corporelle (chez un adulte de 200 livres, cela représente 2 à 6 livres de bactéries), mais jouent un rôle vital dans la santé humaine.
Pour définir le microbiome humain normal, les chercheurs du HMP ont prélevé 242 volontaires américains en bonne santé (129 hommes, 113 femmes), collectant des tissus sur 15 sites corporels chez les hommes et 18 sites corporels chez les femmes. Les chercheurs ont prélevé jusqu’à trois échantillons de chaque volontaire sur des sites tels que la bouche, le nez, la peau (deux derrière chaque oreille et chaque coude intérieur) et l’intestin inférieur (selles), et trois sites vaginaux chez les femmes ; chaque site corporel peut être habité par des organismes aussi différents que ceux de la forêt amazonienne et du désert du Sahara.
Historiquement, les médecins étudiaient les micro-organismes de leurs patients en isolant les agents pathogènes et en les cultivant en culture. Ce processus minutieux ne permet généralement d’identifier que quelques espèces microbiennes, car elles sont difficiles à cultiver en laboratoire. Dans le cadre du HMP, les chercheurs ont purifié tout l’ADN humain et microbien de chacun des plus de 5 000 échantillons et les ont analysés à l’aide de machines de séquençage de l’ADN. À l’aide d’ordinateurs, les chercheurs ont trié les 3,5 terabases de données de séquences génomiques pour identifier des signaux génétiques spécifiques que l’on ne trouve que chez les bactéries – les gènes variables de l’ARN ribosomal bactérien appelé ARNr 16S. L’ARN ribosomal bactérien aide à former les structures cellulaires qui fabriquent les protéines et peut identifier la présence de différentes espèces microbiennes.
Le fait de se concentrer sur cette signature microbienne a permis aux chercheurs du HMP d’ignorer les séquences du génome humain et d’analyser uniquement l’ADN bactérien. En outre, le séquençage métagénomique, ou le séquençage de tout l’ADN d’une communauté microbienne, a permis aux chercheurs d’étudier les capacités métaboliques codées dans les gènes de ces communautés microbiennes.
« Les méthodes de séquençage du génome récemment développées fournissent maintenant une lentille puissante pour examiner le microbiome humain », a déclaré Eric D. Green, M.D., Ph.D., directeur de l’Institut national de recherche sur le génome humain, qui a géré HMP pour le NIH. « La baisse étonnante du coût du séquençage de l’ADN a rendu possible le type de grande enquête réalisée par le Human Microbiome Project. »
Alors que les médecins n’avaient auparavant isolé que quelques centaines d’espèces bactériennes du corps, les chercheurs du HMP calculent désormais que plus de 10 000 espèces microbiennes occupent l’écosystème humain. De plus, les chercheurs calculent qu’ils ont identifié entre 81 et 99 % de tous les genres microorganiques chez les adultes en bonne santé.
« Nous avons défini les limites de la variation microbienne normale chez les humains », a déclaré James M. Anderson, M.D., Ph.D., directeur de la division de la coordination des programmes, de la planification et des initiatives stratégiques des NIH, qui comprend le Fonds commun des NIH. « Nous avons maintenant une très bonne idée de ce qui est normal pour une population occidentale en bonne santé et nous commençons à apprendre comment les changements dans le microbiome sont corrélés avec la physiologie et la maladie. »
Les chercheurs du HMP ont également signalé que cette pléthore de microbes apporte plus de gènes responsables de la survie de l’homme que l’homme n’en apporte. Là où le génome humain porte quelque 22 000 gènes codant pour des protéines, les chercheurs estiment que le microbiome humain apporte quelque 8 millions de gènes uniques codant pour des protéines, soit 360 fois plus de gènes bactériens que de gènes humains.
Cette contribution génomique bactérienne est essentielle à la survie de l’homme. Les gènes portés par les bactéries du tractus gastro-intestinal, par exemple, permettent aux humains de digérer les aliments et d’absorber des nutriments qui seraient autrement indisponibles.
« Les humains ne disposent pas de toutes les enzymes dont nous avons besoin pour digérer notre propre alimentation », a déclaré Lita Proctor, Ph.D., responsable du programme HMP du NHGRI. « Les microbes de l’intestin décomposent un grand nombre de protéines, de lipides et de glucides de notre alimentation en nutriments que nous pouvons ensuite absorber. De plus, les microbes produisent des composés bénéfiques, comme des vitamines et des anti-inflammatoires, que notre génome ne peut pas produire. » Les anti-inflammatoires sont des composés qui régulent une partie de la réponse du système immunitaire à la maladie, comme le gonflement.
Les chercheurs ont été surpris de découvrir que la répartition des activités métaboliques microbiennes compte plus que l’espèce de microbes qui les fournit. Dans l’intestin sain, par exemple, il y aura toujours une population de bactéries nécessaires pour aider à digérer les graisses, mais ce ne sera pas toujours la même espèce bactérienne qui effectuera cette tâche.
« Il semble que les bactéries puissent se remplacer les unes les autres », a déclaré Curtis Huttenhower, Ph.D., de l’école de santé publique de Harvard et co-auteur principal de l’un des articles sur le HMP dans Nature. « L’important est de savoir si la fonction métabolique est présente, et non de savoir quelle espèce microbienne la fournit. »
De plus, les composants du microbiome humain changent clairement avec le temps. Lorsqu’un patient est malade ou prend des antibiotiques, les espèces qui composent le microbiome peuvent se déplacer de manière substantielle, car une espèce bactérienne ou une autre est affectée. Cependant, le microbiome finit par revenir à un état d’équilibre, même si la composition antérieure des types de bactéries ne le fait pas.
Applications cliniques
Dans le cadre du HMP, le NIH a financé un certain nombre d’études pour rechercher des associations du microbiome avec des maladies et plusieurs articles PLoS incluent des résultats médicaux. Par exemple, des chercheurs du Baylor College of Medicine de Houston ont comparé les changements dans le microbiome vaginal de 24 femmes enceintes et de 60 femmes qui ne l’étaient pas. Ils ont constaté que le microbiome vaginal subit un changement radical des espèces bactériennes en préparation de la naissance, principalement caractérisé par une diminution de la diversité des espèces. Un nouveau-né est une éponge bactérienne car il peuple son propre microbiome après avoir quitté l’utérus stérile ; le passage par le canal de naissance donne au bébé sa première dose de microbes, il n’est donc peut-être pas surprenant que le microbiome vaginal ait évolué pour en faire un passage sain.
Des chercheurs de la faculté de médecine de l’université Washington à Saint-Louis ont examiné le microbiome nasal d’enfants souffrant de fièvres inexpliquées, un problème courant chez les enfants de moins de 3 ans. Les échantillons nasaux des enfants fiévreux contenaient jusqu’à cinq fois plus d’ADN viral que les enfants sans fièvre, et l’ADN viral provenait d’un plus grand nombre d’espèces. Des études antérieures montrent que les virus ont des plages de température idéales pour se reproduire. Les fièvres font partie de la défense de l’organisme contre les virus pathogènes, de sorte que des tests rapides de la charge virale peuvent aider les enfants à éviter un traitement inapproprié avec des antibiotiques qui ne tuent pas les virus mais peuvent nuire au microbiome sain de l’enfant.
Ces études sont parmi les premières études cliniques utilisant les données du microbiome pour étudier son rôle dans des maladies spécifiques. Le NIH a financé de nombreuses autres études médicales utilisant les données et les techniques du PGH, notamment le rôle du microbiome intestinal dans la maladie de Crohn, la colite ulcéreuse et le cancer de l’œsophage ; le microbiome de la peau dans le psoriasis, la dermatite atopique et l’immunodéficience ; le microbiome urogénital dans les antécédents reproductifs et sexuels et la circoncision ; et un certain nombre de troubles infantiles, notamment les douleurs abdominales pédiatriques, l’inflammation intestinale et une maladie grave chez les prématurés dans laquelle l’intestin meurt réellement.
« Permettre des études spécifiques à une maladie est tout l’intérêt du projet sur le microbiome humain », a déclaré Barbara Methé, Ph, du J. Craig Venter Institute, Rockville, MD, et co-auteur principal de l’article de Nature sur le cadre de la recherche actuelle et future sur le microbiome humain. « Maintenant que nous comprenons à quoi ressemble le microbiome humain normal, nous devrions être en mesure de comprendre comment les changements dans le microbiome sont associés à des maladies, voire en sont la cause. »
Le Fonds commun des NIH a également investi dans une série d’études visant à évaluer les implications éthiques, juridiques et sociales de la recherche sur le microbiome. Bien que les résultats de ces études doivent encore être publiés, un certain nombre de questions importantes ont déjà été identifiées, allant de la manière dont les produits conçus pour manipuler le microbiome – tels que les concoctions probiotiques qui comprennent des micro-organismes vivants censés être bénéfiques pour l’organisme – pourraient être réglementés, à la question de savoir si les individus devraient commencer à envisager de stocker leur microbiome alors qu’ils sont en bonne santé.
Après le lancement du HMP par les NIH en décembre 2007, le Consortium international du microbiome humain s’est formé en 2008 pour représenter les organisations de financement, dont les NIH, et les scientifiques du monde entier intéressés par l’étude du microbiome humain. Le consortium a coordonné la recherche afin d’éviter la duplication des efforts et d’assurer la diffusion rapide des ensembles de données moléculaires et cliniques. Il a également développé des normes communes de qualité des données et des outils pour partager les résultats de la recherche.
Comme pour d’autres efforts de collaboration à grande échelle, les NIH ont veillé à ce que la communauté des chercheurs puisse accéder librement aux données du HMP par le biais de bases de données publiques, comme le National Center for Biotechnology Information, qui fait partie de la National Library of Medicine, et au HMP Data Analysis and Coordinating Center.
Le projet sur le microbiome humain est géré par l’Institut national de recherche sur le génome humain, en partenariat avec le bureau du directeur des NIH, l’Institut national des allergies et des maladies infectieuses, l’Institut national de l’arthrite et des maladies musculo-squelettiques et cutanées, l’Institut national du cancer, l’Institut national de recherche dentaire et craniofaciale et l’Institut national du diabète et des maladies digestives et rénales, qui font tous partie des NIH.
Plus d’informations sur le HMP sont disponibles sur http://commonfund.nih.gov/hmp/index.aspx. Une illustration montrant les sites corporels qui ont été échantillonnés dans le cadre de l’étude de cohorte saine du Human Microbiome Project est disponible à l’adresse suivante : www.genome.gov/pressDisplay.cfm?photoID=20163.
Une image haute résolution de la bactérie Enterococcus faecalis, l’un des nombreux microbes commensaux qui vivent dans l’intestin humain, est disponible en couleur à l’adresse www.genome.gov/pressDisplay.cfm?photoID=20023, ou en noir et blanc à l’adresse www.genome.gov/pressDisplay.cfm?photoID=20024.
Pour plus d’informations, contactez
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301-496-8190
Les attachés de presse du NCI
301-496-6641
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301-594-7560
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Le NHGRI est l’un des 27 instituts et centres du NIH, une agence du département de la santé et des services sociaux. La division de la recherche extra-muros du NHGRI soutient les subventions pour la recherche et la formation et le développement de carrière sur des sites dans tout le pays. Des informations supplémentaires sur le NHGRI sont disponibles sur son site Web, www.genome.gov.
Le Fonds commun des NIH soutient une série de programmes de recherche à impact exceptionnellement élevé qui sont largement pertinents pour la santé et les maladies. Les programmes du Fonds commun sont conçus pour surmonter les principaux obstacles à la recherche et poursuivre les opportunités émergentes au profit de la communauté de recherche biomédicale dans son ensemble. Les produits de recherche des programmes du Fonds commun devraient catalyser la recherche sur des maladies spécifiques soutenue par les instituts et les centres du NIH. Des informations supplémentaires sur le Fonds commun des NIH sont disponibles à l’adresse http://commonfund.nih.gov.
À propos des National Institutes of Health (NIH):NIH, l’agence de recherche médicale de la nation, comprend 27 instituts et centres et est une composante du ministère américain de la Santé et des Services sociaux. Le NIH est la principale agence fédérale qui mène et soutient la recherche médicale fondamentale, clinique et translationnelle. Il recherche les causes, les traitements et les remèdes pour les maladies communes et rares. Pour plus d’informations sur les NIH et leurs programmes, visitez le site www.nih.gov.
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