La génétique de l'hôte affecte la composition et les fonctions du microbiome intestinal, c’est certain, mais dans quelle mesure ? Avec une toute nouvelle approche, permettant d’examiner les interactions génétiques hôte-microbiome, cette équipe de scientifiques de la Cornell University révèle que la constitution génétique de l'hôte humain affecte directement et majoritairement les performances fonctionnelles du microbiome intestinal. Ces travaux, publiés dans les Scientific Reports, éclairent le rôle prépondérant de la génétique dans la formation du microbiome et son impact sur les fonctions du microbiote intestinal.
On connait aujourd’hui un peu mieux les impacts considérables et multiples de ces milliards de micro-organismes qui forment notre microbiome intestinal. On sait que la composition du microbiote intestinal influe directement sur la fonction métabolique, les maladies infectieuses et chroniques et plus largement la santé. Mais comment et dans quelle mesure le microbiome intestinal est, à son tour, façonné par le génome de son hôte humain reste encore mal connu. Lorsque l’on considère la globalité des espèces bactériennes adaptées pour vivre dans le système gastro-intestinal des humains, la plupart d'entre elles ne sont pas présentes chez la majorité des gens.
Dans quelle mesure ces populations microbiennes intestinales incroyablement diverses sont-elles génétiquement déterminées ? Quel est le poids des multiples facteurs évoqués pour expliquer les différences, d’un microbiote à l’autre, ou plutôt des combinaisons de plusieurs d’entre eux, associés à la génétique, l'alimentation ou à l'environnement et au hasard ?
Quelles interactions génétiques hôte-microbiome ?
Cet objectif de recherche très complexe est poursuivi par l’équipe d’Ilana Brito, professeur de génie biomédical à la Cornell a nécessité une nouvelle approche permettant d’examiner les interactions génétiques hôte-microbiome. En effet, lorsqu'une maladie ou un phénotype est causé par une seule mutation génétique, il reste relativement simple d’identifier le gène responsable, mais, en l’espèce c’est une suite entière de gènes qui peut interagir sur la composition du microbiome.
Identifier des effets directs du génome humain sur les fonctions du microbiote : à l'aide d'une approche informatique et de modélisation unique, l'équipe a pu identifier les SNP -ou variations par la substitution d'un seul nucléotide ou polymorphisme d'un seul nucléotide (SNP) corrélés aux caractéristiques du microbiote, à ses déséquilibres et aux cancers associés au microbiome. L’objectif était d’identifier des effets directs du génome humain sur les fonctions du microbiome intestinal.
Associer la variation du génome humain à la variation du microbiome intestinal est un défi complexe, alors que les variantes du génome humain sont corrélées les unes aux autres et peuvent avoir des fonctions connexes, et que les espèces de bactéries dans l'intestin sont également interdépendantes les unes des autres. En se concentrant prioritairement sur la fonction du microbiome intestinal plutôt que sur la composition du microbiote, en modélisant la distribution des fonctions et des espèces dans l'intestin humain avec un nouveau type de modélisation statistique (modélisation de Tweedie), les chercheurs parviennent ici à documenter les liens entre microbes, fonctions microbiotiques et génétique humaine.
En pratique, la recherche a permis de générer un catalogue de 5 millions de gènes microbiens, combinés en plus de 12.000 familles de gènes présentes chez au moins 10 % des échantillons. 339 de ces précisément 12.813 familles de gènes microbiens s’avèrent associées à la génétique de l'hôte, soit 2,64 %. Lorsque les chercheurs regardent l'abondance des taxons microbiens,
l'abondance de 485 soit 74 % des gènes microbiens apparaît associée à la génétique de l'hôte.
Source: Scientific Reports 9 March, 2022 DOI: 10.1038/s41598-022-07632-3 Collective effects of human genomic variation on microbiome function
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