03 Mar Nous savons ce que vous avez mangé : des cartes détaillées de protéines permettent d’évaluer la santé intestinale
Une nouvelle étude de l’Institut Weizmann a identifié toutes les protéines présentes dans un échantillon de selles – celles du microbiome, du corps humain et de la nourriture – révélant les secrets cachés des intestins et leur impact sur les maladies humaines.
Si les organes de notre corps pouvaient parler, les intestins pourraient être ceux qui divulguent les vérités les plus cachées sur notre mode de vie et notre santé. Au passage, leurs « confessions » pourraient fournir des informations cruciales pour la recherche biomédicale et clinique. Des chercheurs de l’Institut Weizmann des sciences viennent de donner ce type de « voix » à l’intestin. Dans une étude publiée aujourd’hui dans Cell, les scientifiques présentent une méthode qui permet d’identifier simultanément, en analysant un échantillon de selles, toutes les protéines présentes dans l’intestin – y compris celles provenant des aliments, du corps de la personne et du microbiome intestinal. La méthode permet ainsi de décoder les interactions entre ces protéines avec une précision et une résolution sans précédent.
(g-d) Dr. Avner Leshem, Dr. Alon Savidor and Prof. Eran Elinav
Rafael Valdés-Mas, Avner Leshem et Danping Zheng du laboratoire du professeur Eran Elinav, en collaboration avec le docteur Alon Savidor du Nancy and Stephen Grand Israel National Center for Personalized Medicine situé à l’Institut Weizmann. « Nous voulions aller au-delà du séquençage de l’ADN, la méthode habituelle d’étude du microbiome », explique Eran Elinav, du département d’immunologie systémique de Weizmann. « L’ADN peut nous indiquer les bactéries présentes dans l’intestin et leur activité potentielle. Les protéines bactériennes, en revanche, peuvent directement révéler si ces bactéries sont actives, quelle activité elles exercent et comment leur fonction affecte le corps humain, qu’il soit sain ou malade. »
L’identification des protéines est un défi en raison de leur multitude, à laquelle s’ajoutent les similitudes entre les protéines de différentes espèces. Les quelque 20 000 gènes protéiques du génome humain, par exemple, donnent lieu à des millions de variations protéiques ; leur identification à l’aide des bases de données protéiques existantes peut s’avérer compliquée et prendre beaucoup de temps. La nouvelle méthode de l’Institut Weizmann relève ce défi, en partie en combinant le séquençage de l’ADN et la spectrométrie de masse pour générer une carte des protéines plus petite et adaptée au patient.
La méthode, baptisée IPHOMED (Integrated Proteo-genomics of HOst, MicrobiomE and Diet), permet de décoder l’ensemble de l’activité du microbiome en montrant quelles protéines présentes dans un échantillon de selles proviennent de quelles souches bactériennes et en quelles quantités. En outre, il identifie les protéines sécrétées par l’intestin humain en réponse aux signaux provenant du microbiome. Ensemble, les protéines de ces deux sources génèrent un atlas de la communication de l’organisme avec le microbiome, par exemple lors de l’exposition à des bactéries pathogènes ou à des antibiotiques.
En utilisant cette méthode, les chercheurs de Weizmann ont découvert que l’intestin humain peut sécréter des dizaines de peptides antimicrobiens jusqu’alors inconnus, qui agissent comme des antibiotiques naturels, tuant certaines des bactéries du microbiome et, en fin de compte, façonnant sa composition. Cette découverte pourrait contribuer à expliquer pourquoi la composition du microbiome de chaque personne est unique, entraînant des différences de susceptibilité aux maladies.
Plus de tricherie sur le régime
Lorsque les chercheurs pensaient avoir terminé le développement de la méthode, celle-ci pouvait identifier 97 % des protéines dans chaque échantillon de selles, ce qui était un taux élevé, mais l’incapacité à caractériser de manière cohérente les 3 % restants paraissait déconcertante. Des recherches plus approfondies ont permis de préciser que ces protéines ne provenaient ni du microbiome ni des tissus corporels : Ils provenaient de l’alimentation.
Cette révélation suggère que la méthode Weizmann pourrait répondre à un besoin urgent et ancien de la science nutritionnelle, à savoir fournir un moyen non invasif de révéler les détails exacts du régime alimentaire d’une personne. Pour relever ce défi, l’équipe a créé une base de données des protéines présentes dans des centaines de produits alimentaires et a identifié celles qui sont propres à chaque aliment. Ces développements ont permis d’apprendre avec une précision sans précédent, à partir d’échantillons de selles, ce que les gens avaient mangé. Par exemple, appliquée à des échantillons prélevés sur deux groupes de volontaires en bonne santé, l’un en Allemagne et l’autre en Israël, la méthode a permis d’identifier un niveau similaire de consommation de blé dans les deux populations, mais seuls les échantillons allemands contenaient de grandes quantités de protéines provenant du porc ; en revanche, la plupart des protéines de viande dans les échantillons israéliens provenaient de la volaille.
Comprendre le langage des intestins
Dans l’une des expériences menées par l’équipe, il a été demandé à des volontaires de consommer un répertoire changeant d’aliments, y compris des cacahuètes, à des jours déterminés. Non seulement la méthode a permis de déterminer avec précision le moment où ces aliments ont été consommés, mais elle était si sensible qu’elle pouvait indiquer la consommation de seulement cinq cacahuètes par jour.
Comprendre le langage des intestins
Dans une autre expérience, les chercheurs ont pu suivre avec précision les changements dans le régime alimentaire de personnes souffrant de maladies gastro-intestinales. Dans un cas, la méthode a permis d’identifier correctement un enfant atteint d’une maladie cœliaque récemment diagnostiquée et qui n’avait pas suivi le régime sans gluten qui lui avait été prescrit.
« Notre méthode pourrait être utilisée pour savoir si quelqu’un mange casher ou si une personne est aussi strictement végétarienne qu’elle le prétend », explique le Prof. Elinav en souriant. « Mais plus sérieusement, la méthode traditionnelle de suivi des régimes, l’autodéclaration, est notoirement inexacte. Connaître avec plus de précision et de détails ce que les gens mangent, même lorsque leur repas est complexe et composé de multiples ingrédients, peut aider à établir, parmi les nombreux composants d’un repas, ceux qui sont bénéfiques pour la santé et ceux qui posent problème. »
Faire progresser le diagnostic et le traitement des maladies
Pour explorer l’utilisation de leur nouvelle méthode dans le diagnostic et le traitement des maladies, les scientifiques l’ont appliquée à des échantillons de selles de patients atteints de maladies inflammatoires de l’intestin, qui se caractérisent par une inflammation intestinale grave influencée par le régime alimentaire et le microbiome. L’analyse d’échantillons provenant de participants israéliens, allemands et américains à l’étude a permis de décoder, dans les moindres détails moléculaires, les interactions altérées entre l’intestin humain et le microbiome intestinal qui sont à l’origine de cette maladie. L’étude a conduit à la découverte de dizaines de nouvelles protéines qui pourraient servir de cibles potentielles pour des médicaments destinés à traiter cette maladie actuellement incurable. Les chercheurs ont également identifié des protéines humaines et bactériennes qui, utilisées ensemble, pourraient être développées en tant que nouveaux biomarqueurs pour diagnostiquer le type de maladie, évaluer sa gravité et suivre son évolution. Ces nouvelles sondes promettent d’être plus performantes que la calprotectine, le seul biomarqueur cliniquement approuvé pour les maladies inflammatoires de l’intestin.
En outre, grâce à une analyse IPHOMED du régime alimentaire des patients, les chercheurs ont pu quantifier la conformité des patients aux thérapies nutritionnelles pour les maladies de l’intestin et établir un lien entre le niveau d’adhésion à ces régimes et l’amélioration du contrôle de l’inflammation. En outre, ils ont réussi à appliquer leur méthode non invasive à la détection de maladies dans l’intestin grêle, le long tube mince qui, chez les personnes en bonne santé, absorbe la plupart des protéines des aliments. L’intestin grêle étant notoirement difficile à visualiser et à atteindre, cette maladie n’aurait pas pu être détectée par des moyens conventionnels.
« Ensemble, les protéines intestinales sont les « mots » qui nous permettront un jour d’entendre exactement ce que nos intestins nous disent et d’apprendre ainsi à leur apporter exactement l’aide dont ils ont besoin », explique le Prof. Elinav. « Cette capacité aidera les chercheurs à concevoir des interventions nutritionnelles et médicales personnalisées pour une grande variété de troubles, en particulier ceux qui sont affectés par le microbiome, y compris les maladies inflammatoires, métaboliques, malignes et neurodégénératives. »
La Science en Chiffres
En utilisant les méthodes à haut débit les plus récentes, IPHOMED a identifié simultanément jusqu’à 15 268 protéines bactériennes du microbiome, jusqu’à 528 protéines sécrétées par le corps humain et jusqu’à 1 041 protéines provenant de l’alimentation.
