La vie sociale permet la propagation des effets génétiques dans le microbiome intestinal

La vie sociale permet la propagation des effets génétiques dans le microbiome intestinal

Les gènes de votre « colocataire » pourraient influencer les bactéries vivant dans votre intestin et vice versa, selon une étude sur les rats publiée aujourd'hui.Communication naturelle.

La recherche, qui a porté sur plus de quatre mille animaux, montre que la composition du microbiome intestinal du rat est façonnée non seulement par les gènes de chaque individu, mais également par les gènes des individus avec lesquels il partage un habitat.

La découverte révèle une nouvelle manière dont les gènes et la vie sociale sont liés : par l’échange de microbes intestinaux commensaux qui se déplacent entre les individus. Bien que les gènes ne passent pas d’un individu à l’autre, les microbes le peuvent. L’étude a révélé que certains gènes favorisent certaines bactéries intestinales et que celles-ci peuvent se propager lors de contacts sociaux étroits.

Ce n’est pas de la magie, mais le résultat d’influences génétiques qui se propagent aux autres via les contacts sociaux. Les gènes façonnent le microbiome intestinal et nous avons découvert que ce ne sont pas seulement nos propres gènes qui comptent. »

M. Amelie Baud, chercheur, Centre de régulation génomique, Barcelone et auteur principal de l'étude

Trois nouvelles connexions gène-microbe chez le rat

Le microbiome intestinal est un ensemble de milliards de micro-organismes qui vivent dans le tube digestif, où ils jouent un rôle clé dans la digestion et la santé globale. Même si l’on sait que l’alimentation et les médicaments comptent parmi les principaux facteurs affectant ces écosystèmes microbiens, il est plus difficile de déterminer la contribution de la génétique.

Chez l’homme, seuls deux gènes ont été liés de manière fiable aux bactéries intestinales. Le gène de la lactase détermine si les adultes peuvent digérer le lait et influence les microbes qui digèrent le lait. Le gène du groupe sanguin ABO fonctionne également selon des mécanismes qui restent encore à découvrir.

Il pourrait y avoir d’autres liens entre la génétique et les microbes, mais ils n’ont pas encore été confirmés car la nature et l’éducation sont difficiles à séparer dans le monde réel. Par exemple, les gènes peuvent influencer les choix alimentaires et de mode de vie, qui à leur tour ont un impact sur le microbiome intestinal. Mais les familles et les amis partagent la nourriture, les maisons et les microbes, brouillant ainsi la frontière entre les contributions de la nature et de l’alimentation au microbiome intestinal.

Au lieu de cela, les chercheurs du Center for Genomic Regulator et de l’Université de Californie à San Diego se sont tournés vers les rats. Les animaux partagent de nombreuses caractéristiques de la biologie des mammifères, mais peuvent être élevés dans des conditions contrôlées, par exemple en donnant à chacun le même régime alimentaire.

Tous les animaux étaient génétiquement uniques et provenaient de quatre cohortes différentes, chacune hébergée dans un établissement différent aux États-Unis et avec des routines de soins différentes. Cela a permis aux chercheurs de tester quels effets génétiques persistaient dans différents environnements.

En combinant les données génétiques et les données du microbiome des 4 000 rats, l’équipe a identifié trois régions génétiques qui influencent systématiquement les bactéries intestinales malgré les différentes conditions d’élevage des quatre cohortes.

L'association la plus forte était entre le gène St6galnac1, qui ajoute des molécules de sucre au mucus intestinal, et l'abondance de Paraprevotella, une bactérie qui, selon les chercheurs, se nourrit de ces sucres. Il a été trouvé dans les quatre cohortes.

Une deuxième région contenait plusieurs gènes de mucine, qui forment la couche protectrice de mucus de l'intestin, et étaient liés à des bactéries du groupe Firmicutes. La troisième région comprenait le gène Pip, qui code pour une molécule antibactérienne, et était liée aux bactéries de la famille des Muribaculaceae, commune chez les rongeurs et également présente chez l'homme.

Les gènes ont une vie sociale

La grande taille de la cohorte a permis aux chercheurs d'estimer pour la première fois dans quelle mesure le microbiome de chaque rat était expliqué par ses propres gènes et dans quelle mesure par les gènes des autres rats avec lesquels il vit.

Des exemples classiques de ce phénomène, également connu sous le nom d'effets génétiques indirects, sont ceux où les gènes d'une mère influencent la croissance ou le système immunitaire de sa progéniture à travers l'environnement qu'elle lui offre.

Les conditions contrôlées de l’étude sur les rats ont permis aux chercheurs d’examiner ces effets de manière entièrement nouvelle. Les auteurs de l'étude ont créé un modèle informatique pour séparer les effets génétiques sur les microbes d'un rat des effets de ses partenaires sociaux.

Ils ont découvert que l’abondance de certaines Muribaculaceae était influencée par une influence génétique à la fois directe et indirecte, ce qui signifie que certains effets génétiques se propageaient socialement par le biais d’échanges microbiens.

Une fois ces effets sociaux ou indirects inclus dans un modèle statistique, l’influence génétique globale a été multipliée par quatre à huit pour les trois connexions gène-microbe nouvellement découvertes. Les chercheurs affirment que cela ne représente peut-être qu’une fraction de la réalité.

«Nous n'avons probablement découvert que la pointe de l'iceberg», explique le Dr Baud. "Ce sont les bactéries pour lesquelles le signal est le plus fort, mais beaucoup plus de microbes pourraient être affectés si nous disposions de meilleures méthodes de profilage du microbiome."

En démontrant que les influences génétiques peuvent être couplées à la transmission des microbes intestinaux, les auteurs de l'étude conçoivent un nouveau mécanisme d'action dans lequel les effets génétiques d'un individu peuvent avoir un impact sur des groupes sociaux entiers et modifier la biologie des autres sans altérer leur ADN.

Si des effets similaires se produisent chez l’homme et qu’il existe de plus en plus de preuves que le microbiome intestinal joue un rôle important dans la santé, cela pourrait signifier que les influences génétiques sur la santé humaine ont été sous-estimées dans les grandes études. Les gènes peuvent influencer non seulement le risque de maladie d’une personne, mais également le risque de maladie chez d’autres.

Ce que l'étude signifie pour la santé humaine

Selon le Dr Baud, il a établi un lien entre le microbiome et tout, depuis l'immunité et le métabolisme jusqu'au comportement, mais toutes les associations signalées ne reflètent pas les effets causals et les mécanismes d'action précis restent flous. Des études génétiques comme la leur, qui utilisent des modèles animaux dans des environnements contrôlés, peuvent aider à passer des corrélations à des hypothèses causales testables et à expliquer comment les gènes et le microbiome intestinal interagissent pour la santé humaine.

Par exemple, les chercheurs notent que le gène St6galnac1 qu’ils ont découvert chez le rat est fonctionnellement lié au gène humain ST6GAL1, qui a également été lié à Paraprevotella dans d’autres études. Cela suggère que la façon dont les animaux recouvrent leur muqueuse intestinale de sucre peut déterminer quels microbes peuvent prospérer dans le système digestif, et qu'il pourrait s'agir d'un mécanisme biologique commun à toutes les espèces.

Les auteurs de l’étude émettent également l’hypothèse que ce mécanisme possible pourrait à son tour influencer les maladies infectieuses telles que le COVID-19.

ST6GAL1 a déjà été associé dans d’autres études à des infections révolutionnaires par le SRAS-CoV-2, des cas dans lesquels des personnes sont infectées par le COVID malgré la vaccination. Il a également été démontré que Paraprevotella induisait la dégradation des enzymes digestives que le virus utilise pour pénétrer dans les cellules de l'hôte. Les chercheurs supposent donc que des variantes génétiques de ST6GAL1 pourraient influencer la fréquence de Paraprevotella et donc l'infection virale.

Ils émettent également l’hypothèse que certaines personnes développent une maladie rénale auto-immune appelée néphropathie à IgA. Paraprevotella pourrait modifier les IgA, un anticorps qui protège l'intestin mais, lorsqu'il est modifié, peut pénétrer dans la circulation sanguine et former des amas qui endommagent les reins, caractéristique de la néphropathie à IgA.

Les chercheurs souhaitent maintenant étudier en détail comment St6galnac1 influence Paraprevotella chez le rat et quelles réactions biologiques en chaîne cela déclenche dans l'intestin et dans tout le corps.

"Je suis désormais obsédé par cette bactérie. Nos résultats sont étayés par les données de quatre institutions indépendantes, ce qui signifie que nous pouvons mener des études de suivi dans n'importe quel nouvel environnement. Ils sont également remarquablement puissants par rapport à la plupart des composés du microbiome hôte. Il s'agit d'une opportunité unique", conclut le Dr Baud.

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