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Combien de maladies peuvent être liées à une perturbation du microbiome humain ?


J'étais en train d'écouter la radio et j'ai entendu des recherches récentes découvrir un lien entre les enfants et des cas plus élevés d'asthme lorsque certaines bactéries sont absentes du microbiome. Combien d'autres maladies peuvent être liées à un microbiome perturbé et existe-t-il des moyens de repeupler les bactéries manquantes ?


C'est une question ouverte et un domaine de recherche actif. Vous ne pourrez pas obtenir de réponse définitive à votre question de nombre, car chaque nouvelle découverte s'ajoutera au total.

Quant au repeuplement, nous n'avons même pas déterminé toutes les souches de microbes qui nous peuplent, beaucoup sont très difficiles à cultiver in vitro, et nous ne connaissons pas toutes les fonctions pour chaque espèce, nous n'avons donc pas une image claire de qui doivent être là, qui ne le font pas, et si oui ou non certaines espèces travaillent ensemble pour nous fournir un avantage. Pour certaines conditions telles que le syndrome du côlon irritable, l'un des traitements qui a été essayé est la greffe fécale.

Faites une recherche documentaire pour les revues récentes. Nature Reviews a tendance à faire des critiques détaillées, en particulier sur des sujets comme le microbiome humain. C'est probablement le meilleur premier endroit pour commencer. Ensuite, vous pouvez commencer à explorer les documents de référence cités dans la revue. Cela vous donnera généralement un bon état des lieux sur le terrain.


Les microbes en nous et leur rôle dans la santé humaine et les maladies

Les résultats finaux de l'analyse la plus complète à ce jour des humains et de leurs microbiomes relient définitivement les microbes et les activités microbiennes aux problèmes de santé.

Il existe un royaume puissant mais invisible de microbes présents dans votre corps. Petits mais incroyablement puissants, ces milliers d'espèces et ces milliards d'habitants vivent dans toutes les parties de votre corps et constituent le microbiome humain diversifié. Ces microbiomes soutiennent et maintiennent votre santé, mais aussi, lorsque le microbiome est perturbé d'une manière ou d'une autre, ont été liés à des centaines de maladies telles que les cancers et les maladies auto-immunes et cardiovasculaires.

Il n'est donc pas surprenant que le microbiome humain soit une voie importante de recherche en santé. C'en est un qui a des implications cruciales pour notre santé, comme une multitude d'articles récemment publiés dans La nature de la phase deux du Human Microbiome Project suggère.

Qui est là? Enquêter sur le microbiome chez l'homme

Le fonds commun des National Institutes of Health (NIH) a créé le Human Microbiome Project (HMP) d'une décennie en 2007. Le projet HMP a été conçu pour être une ressource communautaire pour galvaniser la recherche, dans ce qui était alors un domaine jeune. L'objectif principal était de créer une boîte à outils avec des ensembles de données et des protocoles analytiques et cliniques pour que la communauté de recherche plus large puisse étudier le microbiome dans des maladies et des populations spécifiques.

La première phase du projet a catalogué un ensemble de données de référence des types de microbes (y compris les bactéries, les champignons et les virus) qui sont associés à cinq régions spécifiques du corps : peau, cavité buccale, voies respiratoires, tractus gastro-intestinal et urogénital, à l'aide d'échantillons prélevés sur 300 hommes et femmes adultes.

Ils ont utilisé des technologies de séquençage de l'ADN adaptées de celles développées pour la première fois lors du projet du génome humain pour analyser ces communautés microbiennes. Les maladies associées au microbiome ne sont généralement pas infectieuses, mais ont une proportion qui peut être expliquée par le microbiome humain.

Les chercheurs ont utilisé l'ensemble de données de référence comme feuille de route pour identifier les types de différences entre les communautés microbiennes qui pourraient être associées à de telles maladies ou affections non infectieuses.

Il y a ici une mise en garde importante.

Les chercheurs ne savent pas encore si un changement dans une communauté microbienne conduit à une maladie ou si une communauté microbienne change en réponse au développement d'une maladie.

Les chercheurs ne savent pas encore si un changement dans une communauté microbienne conduit à une maladie ou si une communauté microbienne change en réponse au développement d'une maladie.

Bien qu'un instantané des mesures du microbiome ait été pris dans ces études HMP antérieures, il était nécessaire de comprendre comment ces communautés changent au fil du temps si ce type d'études pouvait commencer à déterminer les relations de cause à effet du microbiome avec la maladie. Ceci est particulièrement important car les populations microbiennes du corps humain changent au cours de la vie et sont affectées par le régime alimentaire, le stress et d'autres facteurs environnementaux.

Les chercheurs devraient en effet réaliser une vidéo du microbiome et du corps humain.

Que font-ils? Comment les humains et les microbes interagissent

Le Fonds commun des NIH a lancé une deuxième phase, le Projet intégratif du microbiome humain (iHMP) en 2014. Cette phase a été conçue pour développer les méthodes de mesure et d'analyse des biomolécules telles que l'ARN, les protéines et les substances liées au métabolisme appelées métabolites du microbiome et de la hôte humain.

Les chercheurs ont appliqué ces méthodes pour étudier trois conditions modèles associées au microbiome : la naissance prématurée, les maladies inflammatoires de l'intestin (MICI) et le prédiabète. L'objectif était d'évaluer quelles propriétés biologiques ou suites de propriétés se sont avérées les plus utiles pour mieux comprendre ces conditions.

Les chercheurs ont étudié le microbiome d'individus sains et affectés pour chacune des conditions, sur une période de temps prolongée.

« Nous avions réalisé un inventaire des espèces microbiennes présentes dans le corps humain. Mais les microbes interagissent entre eux et avec l'hôte. Chacun peut influencer l'autre », a déclaré Lita Proctor, directrice de programme du Human Microbiome Project. « Donc, il était important que nous capturions ces interactions sensibles au temps entre le microbiome et l'hôte. »

Naissance prématurée et bactéries manquantes dans le microbiome vaginal

L'accouchement prématuré, une condition où les femmes accouchent avant 37 semaines de grossesse, est la deuxième cause de décès néonatal dans le monde. Les cas de naissance prématurée varient également considérablement selon la population. Selon les Centers for Disease Control and Prevention, en 2016, le taux de naissance prématurée chez les femmes afro-américaines était de 14% par rapport aux femmes blanches à 9%, soit une différence de près de 50%.

Parce que le microbiome vaginal sain d'une femme enceinte est étroitement associé à la naissance saine d'un nourrisson, le premier système modèle de l'iHMP, le Vaginal Microbiome Consortium Multi-Omic Microbiome Study: Pregnancy Initiative (MOMS-PI), a cherché à caractériser les microbiomes vaginaux des femmes enceintes. femmes pour évaluer leur risque d'accouchement prématuré, avec un accent particulier sur les femmes afro-américaines.

Le projet a recruté et suivi un groupe de femmes enceintes qui comprenait un total de 45 naissances prématurées et 90 naissances à terme. En examinant les données du microbiome, ainsi que d'autres caractéristiques, notamment l'expression des gènes, les niveaux de protéines et de métabolites du microbiome et des sujets, les chercheurs sont tombés sur quelque chose de surprenant.

Dans un résultat d'étude, les chercheurs ont comparé la progression normale des microbiomes vaginaux dans les grossesses non compliquées à celles des femmes accouchant prématurément. Ils ont découvert que pendant les premiers stades de la grossesse, les femmes (principalement afro-américaines) qui ont accouché avant terme avaient des niveaux significativement plus bas d'une bactérie naturelle, Lactobacillus crispatus. C'est un élément clé du microbiome connu pour être important pour maintenir un environnement vaginal sain.

Cependant, à la fin du premier trimestre, les microbiomes vaginaux de ces femmes avaient tendance à revenir à la normale, Lactobacilles-communauté dominée. Les chercheurs veulent maintenant savoir pourquoi ce microbe disparaît effectivement du vagin de la mère pendant les premiers jours de sa grossesse.

Ce résultat a également confirmé aux chercheurs que l'étude de la composition de la communauté microbienne d'une femme au début de la grossesse, et pas plus tard, peut être la plus utile pour prédire le risque d'accouchement prématuré.

L'étude de la composition de la communauté microbienne d'une femme au début de la grossesse, et pas plus tard, peut être très utile pour prédire le risque d'accouchement prématuré.

"Ces résultats étaient particulièrement gratifiants et initialement inattendus, car ils nous suggèrent que les biomarqueurs de la prématurité peuvent être plus facilement détectés au début de la grossesse", a déclaré Gregory Buck, Ph.D., chercheur principal de l'étude et professeur à l'Université Virginia Commonwealth. . « Notre modèle prédictif a une sensibilité et une spécificité déjà légèrement meilleures que les paramètres cliniques actuellement utilisés. »

Si ces résultats sont reproduits dans d'autres essais cliniques avec des femmes afro-américaines, ils peuvent fournir aux médecins des marqueurs biologiques basés sur le microbiome qui pourraient prédire les naissances prématurées au début de la grossesse d'une femme, et ainsi offrir plus de temps et d'opportunités pour les interventions visant à prévenir les naissances prématurées.

Maladie intestinale inflammatoire et perte de produits microbiens spécifiques

Le soi-disant «régime occidental», généralement caractérisé par un régime riche en graisses et pauvre en fibres, et l'utilisation fréquente d'antibiotiques a été associé à des changements dans la composition du microbiome intestinal par rapport à un microbiome sain. Ces changements sont à leur tour étroitement associés à une incidence accrue de maladies inflammatoires de l'intestin (MICI) et des sous-types de MII, la maladie de Crohn et la colite ulcéreuse. Les deux sont des conditions douloureuses, marquées par de la fièvre, une perte d'appétit et de la fatigue, et affectent plus de 3 millions de personnes aux États-Unis.

Il existe peu de connaissances sur le rôle du microbiome dans les MII et sur la façon dont le microbiome affecte la progression de la maladie. Jusqu'à maintenant.

Curtis Huttenhower, Ph.D., à la Harvard School of Public Health, Ramnik Xavier, MD, au Massachusetts General Hospital et d'autres membres du deuxième système modèle de l'iHMP, le projet Inflammatory Bowel Disease Multi-omics (IBDMBD), ont fourni le description la plus complète de la communauté microbienne dans les MII.

Ils ont recruté des patients atteints de la maladie de Crohn et de la rectocolite hémorragique qui présentaient soit une inflammation de faible niveau, soit une maladie pleinement développée. Cent trente-deux patients ont été étudiés pendant un an et, pour chacun, les chercheurs ont effectué des biopsies intestinales au début de l'étude, prélevé des échantillons de selles tous les quinze jours et prélevé des échantillons de sang tous les quatre mois sur ces sujets.

Semblable à l'étude sur les prématurés, les chercheurs ont analysé ces échantillons pour la composition du microbiome ainsi que pour les protéines, les métabolites et d'autres propriétés biologiques. Avec ces données, les chercheurs ont pu étudier l'interaction du microbiome et de l'état de la maladie au fil du temps.

Dans de nombreux cas, le microbiome des patients atteints de MII a complètement changé de composition en quelques semaines. Ce genre de changement spectaculaire était rare chez les participants non atteints d'une MII.

Dans de nombreux cas, le microbiome des patients atteints de MII a complètement changé de composition en quelques semaines.

Ces chercheurs ont découvert que les microbes que l'on trouve couramment en grande abondance dans les microbiomes intestinaux sains, tels que F. prausnitzii et R. hominis, ont été réduites chez les patients atteints de MII. E. coli, une autre bactérie que l'on trouve également couramment dans les microbiomes intestinaux sains mais généralement présente à de très faibles niveaux, a augmenté chez les patients atteints de MII.

Les bactéries présentes dans notre intestin sont essentielles pour décomposer notre alimentation. Au cours de cette décomposition, les bactéries produisent des composés, dont beaucoup servent de signaux de communication entre le microbiome et l'hôte humain. La perte de ces bactéries peut donc réduire ces importantes molécules de signalisation.

Cette étude a révélé une réduction significative des niveaux de butyrate intestinal, une molécule de signalisation fabriquée par des bactéries intestinales qui réduit l'inflammation et renforce la muqueuse intestinale. Les chercheurs émettent l'hypothèse que la diminution du butyrate peut être due à la diminution notable des microbes tels que F. prausnitzii et R. hominis, qui peuvent être les principaux producteurs de butyrate dans le microbiome intestinal.

« Le microbiome et le système immunitaire de chaque individu ont clairement réagi de manière distincte et coordonnée. Bien que cela rende les interrelations complexes qui conduisent à la maladie plus difficiles à distinguer, cela nous indique de nouvelles opportunités pour potentiellement perturber ces boucles de rétroaction indésirables, conduisant à de nouvelles façons pour traiter ou gérer les MII », a déclaré Huttenhower.

Frappe préventive : le diabète de type 2 à ses débuts

Le diabète de type 2 (DT2) approche des proportions épiques dans le monde et est étroitement lié à l'épidémie croissante d'obésité. Dix pour cent de la population adulte américaine souffre de DT2 et 30 % sont prédiabétiques. Le prédiabète est un problème de santé dans lequel le taux de sucre dans le sang d'une personne est élevé, mais pas suffisamment élevé pour justifier un diagnostic de DT2. Cela se produit parce que les personnes prédiabétiques et DT2 souffrent généralement de résistance à l'insuline, où le corps ne répond plus aux signaux de l'hormone pour déplacer le glucose hors de la circulation sanguine et dans les cellules. Près de 70 % de la population prédiabétique deviendra diabétique au cours de sa vie.

Le troisième système modèle de l'iHMP, l'Integrated Personal -Omics Project (IPOP), dirigé par Michael Snyder, Ph.D., Stanford University, et George Weinstock, Ph.D., Jackson Laboratory for Genomic Medicine, a été formé pour répondre à des questions fondamentales. telles que : qu'est-ce qui cause la progression du prédiabète vers le DT2 ? Quels facteurs de stress pendant l'état de prédiabète augmentent le risque d'un tel changement ?

L'étude IPOP a recruté 106 individus sains et prédiabétiques, qui ont été étudiés sur une période de quatre ans. Leurs microbiomes intestinaux et nasaux, ainsi que les facteurs biologiques de l'hôte et du microbiome ont été suivis au cours de ces quatre années.

Pour commencer, les chercheurs ont découvert que les participants en bonne santé avaient une composition du microbiome intestinal différente de celle de ceux présentant des symptômes prédiabétiques, mettant ainsi déjà ces patients prédiabétiques en place avec un microbiome éventuellement diminué ou malsain.

De plus, un sous-ensemble d'individus sains et prédiabétiques a connu des périodes d'infection virale respiratoire, au cours desquelles les chercheurs les ont immunisés tous les deux avec le vaccin antigrippal.

Habituellement, lorsqu'une personne a des infections virales respiratoires, son système immunitaire est activé pour combattre l'infection. Fait intéressant, l'étude a révélé que lorsque les participants prédiabétiques atteints d'une infection virale respiratoire étaient immunisés, leur système immunitaire était lent à réagir, par rapport aux participants en bonne santé, mais toujours efficace. Étant donné que le diabète de type 2 est lié à des stress liés au système immunitaire, les chercheurs ont suggéré qu'il est possible que la vaccination puisse protéger les patients prédiabétiques contre l'apparition de la maladie complète.

Il est possible que la vaccination puisse protéger les patients prédiabétiques contre l'apparition de la maladie complète.

"C'est incroyable de voir que les personnes résistantes à l'insuline étaient différentes même à leur niveau de base sain avec plusieurs différences microbiennes", a déclaré Snyder.

Il existe des preuves suggérant que les patients prédiabétiques ont un microbiome altéré qui semble également être lié à un système immunitaire affaibli. Les patients prédiabétiques peuvent bénéficier de la vaccination pour renforcer leur système immunitaire, les protégeant ainsi du développement du DT2. Seules des études plus importantes pourront vérifier cette hypothèse.

Perspectives futures

L'iHMP a produit la plus grande collection d'informations biologiques sur la composition de la communauté microbienne et l'expression des gènes, les protéines, les métabolites et les propriétés du système immunitaire du corps humain et de son microbiome, suivi au fil du temps par trois conditions liées au microbiome.

En suivant les caractéristiques biologiques du corps humain et de son microbiome, les projets iHMP ont révélé que la perte ou le gain de certains microbes et de leurs propriétés est étroitement associé à l'état de naissance prématurée, de MII et de prédiabète chez les individus.

Dans certains cas, ces facteurs ont servi d'indicateurs précoces des maladies et sont donc prometteurs pour le développement futur de biomarqueurs prédictifs.

La suite de données collectées dans ces trois conditions de microbiome modèles sert de ressource à la communauté dans son ensemble pour tester quels facteurs biologiques seront les plus perspicaces dans leur recherche particulière. Les données de ces études ont été archivées et organisées par le Centre de coordination des données HMP et sont disponibles pour une utilisation illimitée pour des recherches ultérieures par la communauté au sens large.


INTRODUCTION

Le microbiome humain est composé de bactéries, d'archées, de virus et de microbes eucaryotes qui résident dans et sur notre corps. Ces microbes ont un énorme potentiel d'impact sur notre physiologie, à la fois sur la santé et sur la maladie. Ils contribuent aux fonctions métaboliques, protègent contre les agents pathogènes, éduquent le système immunitaire et, à travers ces fonctions de base, affectent directement ou indirectement la plupart de nos fonctions physiologiques.

L'étude du microbiome humain a été renforcée par les avancées technologiques permettant d'effectuer des analyses indépendantes de la culture (1). Dans la plupart des études, les constituants bactériens d'une population microbienne sont identifiés par séquençage du gène codant pour l'ARNr 16S (ci-après, 16S) suivi d'une comparaison avec des bases de données de séquences bactériennes connues. L'analyse métagénomique par séquençage de tout l'ADN microbien dans une communauté complexe a l'avantage supplémentaire d'évaluer le potentiel génétique de la population microbienne. D'autres méthodologies pour analyser le transcriptome, le protéome et le métabolome microbiens fournissent des informations supplémentaires à des niveaux successifs de la physiologie microbienne (2). Nous n'entrerons pas plus en détail sur des considérations techniques spécifiques dans cet espace, mais les lecteurs intéressés sont renvoyés aux articles de revue récents (3-5).

De grands progrès dans la caractérisation de la structure du microbiome ont récemment ouvert la voie à des études en cours et à venir sur les interactions fonctionnelles entre le microbiote et l'hôte. Les études sur la fonction du microbiote seront essentielles pour comprendre le rôle du microbiote dans l'homéostasie humaine et la pathogenèse des maladies. Dans cette revue, nous discuterons des progrès récents dans notre compréhension de la structure et de la fonction du microbiome associé à l'état sain et à des états pathologiques spécifiques.

Accumulation de données sur le microbiome humain

La formidable expansion des informations collectées sur le microbiome humain ces dernières années est mise en évidence par les données générées par plusieurs efforts à grande échelle pour caractériser le microbiome humain, à savoir la métagénomique européenne du tractus intestinal humain (MetaHIT) et le projet de microbiome humain financé par le NIH. (HMP) (6, 7). En 2010, l'étude initiale du consortium MetaHIT a rapporté le séquençage de 3,3 millions de gènes microbiens fécaux non redondants, ce qui représente près de 200 fois la quantité de séquences d'ADN microbien rapportées dans toutes les études précédentes (7). En juillet 2014, un ensemble combiné de données de séquençage métagonomique de 1267 métagénomes intestinaux de 1070 individus, dont 760 échantillons européens de MetaHIT, 139 échantillons américains de HMP et 368 échantillons chinois d'une grande étude sur le diabète, a été publié avec un catalogue de gènes non redondant. de 9,8 millions de gènes microbiens (*8). Chaque échantillon contenait environ 750 000 gènes, soit environ 30 fois le nombre de gènes du génome humain, et moins de 300 000 gènes étaient partagés par plus de 50 % des individus. La majorité des nouveaux gènes identifiés dans cette dernière étude étaient relativement rares, trouvés chez moins de 1% des individus. On pense que cette collection contient presque un ensemble complet de gènes pour la plupart des bactéries intestinales humaines et illustre la quantité et la variabilité du microbiome humain.

Structure et dynamique du microbiote adulte sain

La caractérisation du microbiome chez les individus sains est une première étape importante pour comprendre le rôle du microbiome dans la contribution à la santé et à la maladie. Les humains adultes en bonne santé hébergent chacun généralement plus de 1 000 espèces de bactéries appartenant à un nombre relativement faible de phylums bactériens connus, Bacteroidetes et Firmicutes étant les phylums dominants (9). Le microbiote de l'intestin est assez diversifié (tableau 1) par rapport à d'autres sites corporels, et il existe une variation considérable dans les constituants du microbiote intestinal chez les individus apparemment en bonne santé (10). Pour expliquer la variabilité microbienne chez les individus sains, les chercheurs ont tenté d'identifier certains modèles stables de populations microbiennes dans la population humaine (11). Les données du HMP ont été utilisées pour identifier les types de communautés sur différents sites corporels sur la base d'une analyse statistique de la configuration de plusieurs taxons bactériens (*12). Quatre communautés distinctes ont été trouvées dans les selles, et les facteurs de métadonnées associés aux types de communauté comprenaient l'allaitement, le sexe et l'éducation. Fait intéressant, les types de communauté dans la cavité buccale étaient prédictifs de ceux dans les selles bien que les constituants spécifiques soient différents. Dans une étude récente portant sur 37 adultes américains en bonne santé ne prenant pas d'antibiotiques, plus de 70 % des espèces bactériennes fécales chez un individu étaient stables sur 1 an, et peu de changements supplémentaires ont été mesurés sur 5 ans (*13). Les calculs ont montré que les espèces étaient probablement stables sur des décennies, sinon pendant toute la vie d'un individu, comme en témoignent les espèces partagées avec des membres adultes de la famille mais pas avec des individus non apparentés. Bien que nous ayons acquis une compréhension approfondie de la structure et de la dynamique du microbiome chez les humains en bonne santé, cet effort est compliqué par une variabilité importante dans la population, une variabilité modeste au fil du temps chez un individu et une incertitude sur les moyens les plus significatifs de caractériser le microbiote.

Tableau 1

TermeDéfinition
Richessele nombre de membres distincts ("espèces") dans la communauté
La diversitéune mesure des caractéristiques de richesse et d'uniformité d'une communauté, souvent
calculé comme un « indice de diversité » spécifique
Dysbioseterme utilisé pour désigner une communauté de microbiote associée à une maladie
état qui peut être différencié de la communauté de microbiote associée
avec un état de contrôle sain

Fonctions métaboliques du microbiote

Après avoir caractérisé l'appartenance et la dynamique de la communauté microbienne, il est essentiel de comprendre les activités fonctionnelles qui affectent finalement la physiologie de l'hôte. Le microbiote intestinal fait partie intégrante de la digestion et de la nutrition de l'hôte, et il peut générer des nutriments à partir de substrats qui seraient autrement indigestibles par l'hôte. Par exemple, les xyloglucanes sont couramment trouvés dans les légumes diététiques tels que la laitue et les oignons, et la capacité de digestion microbienne des xyloglucanes a récemment été mappée à un seul locus dans une certaine espèce de Bactéroïdes (*14). La capacité de digérer les xyloglucanes s'est avérée être un trait relativement rare chez les membres du phylum Bacteroidetes, et l'importance de cette capacité pour l'hôte humain a été démontrée par l'analyse d'une base de données publique sur le métagénome montrant que 92 % des individus contenaient au moins l'un des ces rares Bactéroïdes espèces capables de digérer les xyloglucanes. Ces résultats illustrent comment les humains ont cultivé des relations mutuellement bénéfiques avec le microbiote intestinal avec des implications pour l'alimentation et la nutrition.

Les microbes libèrent des acides gras à chaîne courte (AGCC) à partir de fibres alimentaires non digestibles, et les AGCC sont une source d'énergie importante pour la muqueuse intestinale et essentiels pour moduler les réponses immunitaires et la tumorigenèse dans l'intestin. Le rôle du butyrate, un AGCC bioactif abondant dans l'intestin, joue un rôle complexe dans le cancer du côlon qui semble dépendre de la concentration et du contexte, comme l'illustrent deux études précliniques récentes. Il a été rapporté que le butyrate favorisait la tumorigenèse chez les souris transgéniques présentant une mutation combinée du gène suppresseur de tumeur (APC) et une déficience du gène de réparation des mésappariements (MSH2), car la formation de tumeurs était diminuée par un traitement antibiotique ou un régime pauvre en glucides, qui diminuaient tous deux les niveaux de butyrate et augmentaient de donner du butyrate à des souris traitées aux antibiotiques (*15). Inversement, le butyrate a été signalé comme inhibant la tumorigenèse, car les souris déficientes en Grp109a, un récepteur du butyrate, présentaient une tumorigenèse accrue favorisée par des stimuli inflammatoires ou une mutation APC et la signalisation via Grp109a a inhibé la tumorigenèse induite par ces stimuli (*16). D'autres investigations sur le rôle du butyrate produit par le microbiote dans la colite et le cancer colorectal sont attendues. Les études abordées dans cette section démontrent la nécessité d'évaluer la fonction du microbiote afin de mieux comprendre son rôle dans la santé et la maladie.

Interactions hôte-microbe sur le système immunitaire

Les interactions entre le microbiote et le système immunitaire de l'hôte sont nombreuses, complexes et bidirectionnelles. Le système immunitaire doit apprendre à tolérer le microbiote commensal et à réagir de manière appropriée aux agents pathogènes, et à son tour le microbiote fait partie intégrante de l'éducation du système immunitaire pour qu'il fonctionne correctement. Ici, nous mettons en évidence des études qui décrivent comment les membres de la communauté microbienne favorisent la différenciation des cellules T régulatrices anti-inflammatoires (Treg) pour illustrer comment le microbiote peut influencer l'homéostasie immunitaire. Une série d'expériences a montré que des collections d'espèces non pathogènes de Clostridia des clusters IV, XIVa et XVIII, isolées après application d'une série d'étapes de sélection non spécifiques, étaient capables d'induire des Treg coliques, et un mécanisme peut impliquer la production de butyrate qui affecte le contrôle épigénétique du promoteur Foxp3 qui contrôle le développement des Treg (17, **18, 19-22). Chez des souris sans germes qui ne contiennent pas de microbiote endogène, un autre groupe a également conçu une nouvelle méthode pour cribler des échantillons fécaux humains pour les souches bactériennes capables de favoriser le développement de Treg, et ils ont noté cette capacité fonctionnelle dans plus de souches que prévu (*23). Bien que cela ne soit pas discuté ici, il existe des preuves détaillant les interactions hôte-microbe qui influencent les fonctions immunitaires à tous les niveaux, des défenses innées initiales aux réponses acquises complexes discutées dans cette section (24). Il y a un grand intérêt à élucider comment le microbiote peut influencer l'homéostasie immunitaire à l'intérieur et à l'extérieur de l'intestin, car ce processus a des implications importantes pour la pathogenèse et le traitement des troubles inflammatoires et une liste croissante de maladies liées à l'inflammation.

Le rôle du microbiote dans des maladies et conditions spécifiques

Les sections ci-dessus ont décrit certaines des nombreuses façons dont le microbiote peut influencer la physiologie humaine, et il n'est pas surprenant qu'il y ait un grand intérêt pour l'étude des changements du microbiote associés aux états pathologiques, souvent appelés dysbiose (tableau 1). Cependant, la relation entre la dysbiose et la pathogenèse de la maladie est incertaine dans la majorité des exemples à l'heure actuelle. Il n'est souvent pas clair quels changements du microbiote associés à la maladie sont significatifs et la distinction entre la cause et l'effet est intrinsèquement difficile. Bien qu'il soit intrigant de spéculer que la dysbiose peut provoquer une maladie à mesure que nous en apprenons davantage sur la façon dont le microbiote peut influencer l'hôte, il est également noté que l'état pathologique peut entraîner des modifications du microbiote par divers mécanismes, notamment des changements dans les habitudes alimentaires et les intestins. ainsi que par l'ajout de médicaments tels que des antibiotiques. Dans cette section, nous soulignons quelques-unes des découvertes récentes sur le rôle du microbiote dans des maladies ou des affections particulières, mais nous ne pouvons pas aborder toutes les découvertes émergentes dans une multitude d'autres maladies à la fois à l'intérieur et à l'extérieur de l'intestin, y compris mais pas limitée à la polyarthrite rhumatoïde (25), au cancer colorectal (26), à l'obésité (27) et au diabète (28).

Maladie cardiovasculaire

Il existe un intérêt croissant pour un lien entre le microbiote et les maladies cardiovasculaires sur la base de données montrant le métabolisme microbien de la phosphatidylcholine alimentaire en le métabolite proathéroscléreux triméthylamine-N-oxyde (TMAO) (29). Une étude récente sur des patients en bonne santé soumis à un traitement alimentaire avec de la phosphatidylcholine a montré des taux plasmatiques accrus de TMAO qui ont été supprimés par un traitement antérieur avec des antibiotiques. Ils ont également constaté que les taux plasmatiques de TMAO étaient associés à un risque accru d'événements cardiovasculaires chez les patients présentant des facteurs de risque de maladie cardiovasculaire (*30). Dans une autre étude, le même groupe a montré que des volontaires humains en bonne santé qui maintenaient un régime végétalien, par opposition à ceux qui suivaient un régime omnivore, ne présentaient pas d'augmentation des taux plasmatiques de TMAO après une provocation alimentaire à la phosphatidylcholine, et ce trait était associé à des états de composition spécifiques du microbiote fécal ( *31). Ainsi, il existe un grand intérêt pour cette voie dépendante du microbiote qui pourrait offrir un potentiel diagnostique et thérapeutique pour les maladies cardiovasculaires.

Maladie du côlon irritable et axe microbiote-intestin-cerveau

Un rôle du microbiote dans le syndrome du côlon irritable (SCI) est suspecté, bien que non prouvé, et les thérapies qui modifient le microbiote, y compris les changements alimentaires, les probiotiques et les antibiotiques, ont montré des résultats encourageants, bien qu'incohérents (32). Dans deux rapports décrivant les résultats d'une intervention diététique avec un régime pauvre en FODMAP (oligosaccharides, disaccharides, monosaccharides et polyols fermentescibles) consistant en un apport restreint de certains substrats fermentescibles par rapport à un régime australien typique dans un petit nombre d'Australiens patients atteints du SII, le régime pauvre en FODMAP a amélioré les symptômes et a entraîné des changements dans le microbiote intestinal, y compris une réduction des bactéries supposées saines, telles que celles qui produisent du butyrate. Clostridium groupe XIVa (33, *34). Une voie proposée impliquée dans le SII passe par un axe microbiote-intestin-cerveau, reliant les changements dans l'intestin à la perception des symptômes dans le système nerveux central. Un rapport récent intéressant a démontré que la consommation d'un produit laitier fermenté riche en probiotiques entraînait des altérations de l'activité cérébrale en réponse à des stimuli émotionnels visuels tels que mesurés par imagerie par résonance magnétique fonctionnelle par rapport à la consommation d'un produit témoin (35). L'étude du SII est difficile en raison du manque de tests diagnostiques spécifiques et de la possibilité d'étiologies hétérogènes. Il peut y avoir un sous-ensemble de patients pour lesquels les changements du microbiote sont particulièrement importants et pour lesquels des thérapies affectant la composition et la fonction du microbiote peuvent être bénéfiques.

Clostridium difficile infection

Clostridium difficile L'infection (CDI) est le meilleur exemple d'une maladie humaine qui se développe à la suite de changements critiques dans le microbiote intestinal et est traitée efficacement par une thérapie basée sur le microbiote (36). Une méta-analyse visant à examiner l'utilisation de la greffe de microbiote fécal (FMT) pour la prévention de l'ICD récurrente a identifié 11 études portant sur 273 patients jusqu'en 2012, l'efficacité globale résultante était d'environ 90 % et aucun événement indésirable important lié à la FMT n'a été signalé (37). Dans un essai clinique prospectif, les patients atteints d'ICD récurrente ont été assignés au hasard à l'un des trois groupes de traitement, un traitement standard à la vancomycine, un traitement à la vancomycine suivi d'un lavage intestinal et un traitement à la vancomycine suivi d'un lavage intestinal et d'une perfusion ultérieure de selles du donneur dans le duodénum (** 38). L'étude a été arrêtée prématurément après une analyse intermédiaire en raison de la supériorité de la FMT. L'analyse du microbiote fécal des patients qui ont été traités par FMT pour CDI récurrente a démontré que le microbiote post-transplantation des receveurs devient plus similaire à celui du donneur. After FMT the recipient microbiota was characterized by increased diversity, increased abundance of various Firmicutes and Bacteroidetes, and decreased abundance of Proteobacteria (*39). In a proof-of-principle study, two patients with CDI refractory to antibiotics were successfully treated with a stool substitute consisting of 33 strains of bacteria isolated and cultured from a healthy donor (*40). In this study, the stool substitute was delivered with colonoscopy, but it does provide promise for using a selected population of bacteria that could be prepared in a laboratory. Collectively, these studies strongly support the treatment of recurrent CDI with microbiota-based therapies.

While susceptibility to CDI after antibiotic use is associated with decreased microbiota diversity, little is known about the functional difference in the microenvironment that permits CDI. In preclinical studies, the microbiota changes that occurred after antibiotic treatment in mice susceptible to C. difficile were accompanied by changes in the metabolome that supported C. difficile germination and growth (*41). In the antibiotic-treated mice, primary bile acids that support C. difficile germination and certain carbohydrates that support C. difficile growth were present at significantly increased levels compared to control C. difficile-resistant mice. This study, and others, are helping to unravel the mechanism by which antibiotic-induced changes to the microbiota contribute to CDI, potentially leading to novel therapies for this burdensome disease.

Maladie inflammatoire de l'intestin

Inflammatory bowel diseases (IBD) are characterized by inappropriate inflammation in the gut resulting from a combination of environmental and genetic risk factors. Targets of the inflammatory response include the commensal microbiota, and IBD are associated with alterations in the gut microbiota, though it is not clear if microbial changes contribute to disease pathogenesis or develop as a result of local inflammation (42). Here, we highlight two recent publications describing the microbiome and host response measured in treatment naïve pediatric patients with newly diagnosed IBD that provide early findings not confounded by anti-inflammatory therapies.

In the first report, 447 treatment naïve pediatric Crohn’s disease (CD) patients and 221 controls were included in a study where the microbiome from multiple sites was characterized by 16S sequence analysis (**43). Multivariate analysis identified microbial taxa significantly associated with disease phenotype in ileal and rectal samples but not from stool samples. The microbiome of CD patients had a lower diversity, increased abundances of Enterobacteriaceae, Pasteurellaceae, Fusobacteriaceae, Neisseriaceae, Veillonellaceae, and Gemellaceae, and decreased abundances of Bifidobacteriaceae, Erysipelotrichaceae, Clostridiales, and Bacteroidales. Using these microbiome-disease associations, they formulated a microbial dysbiosis index that showed a strong positive correlation with clinical disease activity (PDCAI) and a negative correlation with species richness ( Table 1 ). In addition, microbiome comparison between CD patients with and without antibiotic exposure revealed that antibiotic use amplifies the microbial dysbiosis associated with CD. Of note, the authors demonstrate that many of their observations were only seen when analyzing hundreds of samples, emphasizing the importance of large-scale studies.

In the next report, host gene expression and the microbiome were characterized from the ileum of treatment naïve pediatric patients with ileal CD (iCD), colonic CD (cCD), and ulcerative colitis (UC) as well as controls (**44). A core iCD gene expression signature of 1281 genes was identified by comparing iCD and control groups. Upregulated genes included those induced by bacterial products and proinflammatory signals, and downregulated genes included nuclear receptors involved in metabolic pathways and anti-inflammatory signaling. Interestingly, the cCD group, including those without any microscopic inflammation, had a similar expression pattern in the ileum to the iCD group, and this pattern was different from control and UC groups, indicating a core CD gene expression profile in the ileum independent of inflammation. Similarly, iCD and cCD groups had similar profiles of dysbiosis that was different from control and UC groups. Of note, an increase of antimicrobial dual oxidase (DUOX2) expression was detected in association with an expansion of Proteobacteria in both UC and CD, while expression of lipoprotein APOA1 gene was downregulated and associated with CD-specific alterations in Firmicutes. Finally, multivariate analysis showed correlations between bacterial taxa, gene expression and clinical disease activity scores in CD patients irrespective of the presence of ileal inflammation, and a prediction model based on gene expression, microbe abundance and clinical factors outperformed clinical disease activity scores alone in predicting response to therapy.

These studies provide additional information towards understanding a potential role of the microbiota in the pathogenesis of IBD that has not been established to date. This stands in contrast to CDI where microbiota alterations clearly increase the risk for disease and restoration of a diverse microbiota with FMT clearly prevents disease recurrence in most patients. Early efforts to utilize FMT for the treatment of IBD have been rather disappointing (45, 46). It seems quite likely that the role of microbiota in IBD, and other multigenic traits, will prove to be more complex and depend on specific genetic susceptibilities and certain environmental factors. Therefore, it will be important to further characterize the microbiota population and its functions at various time points in IBD development in conjunction with assessments of host susceptibility, host response and environmental exposures.


You may be damaging your body's ecosystem and not know it

One of the hottest topics in medicine concerns the relationship between the body's bacteria and a range of serious diseases -- from cancer to obesity. Georgetown University Hospital gastroenterologist Dr. Robynne Chutkan said our squeaky-clean lifestyle is wreaking havoc on those vital bacteria and damaging our health.

"We are super sanitizing ourselves into illness and thinking that we are being clean and preventing disease we're actually causing disease by disrupting the microbiome," Chutkan said Wednesday on "CBS This Morning."

Her new book, "The Microbiome Solution: A Radical New Way to Heal your Body from the Inside Out," explores the microbiome, a term that refers to the over 100 trillion microbes -- bacteria, viruses and fungi -- that live in and on the human body.

"The vast majority of the microbes that live in our bodies are a vital part of our ecosystem and they're essential to our health. They're not disease-causing germs as we've been taught," she said.

In fact, imbalance to the microbiome, or dysbiosis, has been linked to a range of health problems including certain types of cancer autoimmune diseases like thyroid disorders, multiple sclerosis and type 1 diabetes as well as gastrointestinal disorders like Crohn's disease and irritable bowel syndrome.

Chutkan said studies have also revealed an altered microbiome in some children with autism.

Tendances Nouvelles

Dysbiosis affects up to 30 million Americans, according to Chutkan. She said symptoms of microbiome imbalance include bloating, food intolerance, skin rashes, brain fog and weight-loss resistance.

In addition to hyper-sanitizing our environment with antibacterial cleaning products, a number of drugs contribute to dysbiosis.

Antibiotics are the primary cause for concern, according to Chutkan.

"Five days of a typical, broad-spectrum antibiotic can remove up to one-third of your gut bacteria and there's no guarantee that these species come back," Chutkan said.

Many doctors recommend probiotics to combat those effects, but Chutkan said taking a probiotic does not fix the damage done by an antibiotic.

"Taking a probiotic after that is like draining out the entire bath of water and then putting in a cup of water and thinking 'OK, I'm fixed,'" she said. Furthermore, not all probiotics are the same and it's important to pick the right strain.

Other drugs like steroids, hormones, acid-blockers and NSAID pain relievers -- ibuprofen, for example -- can damage the microbiome, which may lead to damage of the intestinal lining and other organ systems, she said.

What can we do to keep our microbiome happy?

"We need to eat food that feeds our gut bacteria, what we called prebiotic foods," Chutkan said.

Foods like garlic, asparagus, leeks, onion, oats, lentils and artichokes, as well as fermented foods like sauerkraut, kimchi and pickles all act as prebiotics.

Her book also includes information on fecal microbiome transplant, a therapy that has shown increasing success in treating certain intestinal infections. Chutkan said there's also evidence that it could be used to treat certain autoimmune disorders.


The role of the microbiome in human health and disease: an introduction for clinicians

Research into the microbiome—the indigenous microbial communities (microbiota) and the host environment that they inhabit—has changed clinicians’ ideas about microbes in human health and disease. Perhaps the most radical change is the realization that most of the microbes that inhabit our body supply crucial ecosystem services that benefit the entire host-microbe system. These services include the production of important resources, bioconversion of nutrients, and protection against pathogenic microbes. Thus disease can result from a loss of beneficial functions or the introduction of maladaptive functions by invading microbes. This review will show how an understanding of the dynamics and function of the indigenous microbiota has altered our view of microbes in maintaining homeostasis and causing disease. It will discuss how disruption of the beneficial functions of the microbiota can lead to disease. Methods for studying the microbiota will be introduced as part of a conceptual framework for using these methods to delineate novel roles for microbes in health. Key associations between specific changes in the microbiome and disease will be discussed. This will lead to an explanation of how the intentional manipulation of the microbiota, either by restoring missing functions or eliminating harmful functions, may lead to novel methods to prevent or treat a variety of diseases. With the explosion of studies relating the microbiome to health and disease, this review aims to provide a foundation for clinicians to follow this developing area of biomedical research.


Human microbiome could shed light on higher morbidity rate in minoritized populations

Crédit : Pixabay/CC0 domaine public

The human gut is more than a source of instinct.

A new Northwestern University study is the first to explicitly address the gut microbiome as a pathway to understanding how environmental inequities could lead to health disparities.

Biological anthropologist Katherine Amato, assistant professor of anthropology at the Weinberg College of Arts and Sciences at Northwestern, is the study's lead author.

Amato says, despite a rich body of literature documenting environmental impacts on the microbiome, and the microbiome's impact on human health, the links between structural discrimination, altered environments, microbiome structure and health disparities have not been comprehensively outlined.

The new study calls for a better understanding of how structural discrimination that exposes minoritized populations to 'unhealthy' environments—from altered diets, pollution, sanitation and lack of access to green space—impacts the human gut microbiome, which in turn affects almost every aspect of human biology and health.

"Research has implicated the microbiome in most chronic diseases, and we know that there are disparities in most chronic diseases in which higher morbidity is observed in minoritized populations," Amato said.

Prior studies have demonstrated the impact of environmental inequality on health. For example, a 2020 study showed that children who are exposed to plants and dirt daily at school have higher microbial diversity and improved immune markers, likely because the exposure to microbes in these materials are transmitted to children's bodies. The pattern suggests that minoritized populations living in neighborhoods with little access to outdoor green space are more likely to have lower microbial diversity and associated health risks.

Among its many roles, the gut microbiome contributes to protection from pathogens, nutrition and metabolism, immune function, brain development and behavior. An altered gut microbiome can also have an impact on the gestational environment and the resulting health of the next generation.

Amato's study builds on prior research that shows the environment's role may be stronger than genetics in shaping the human microbiome, and that changes to the composition and function of the microbiome are most flexible in early life.

According to Amato, more empirical and interdisciplinary research is needed to facilitate epidemiological approaches that can tease apart multiple interacting determinants of health and help isolate the factors leading to chronic disease.

An ultimate goal of the research is to be able to deliver interventions that address environmental issues and individualized therapies to restore and improve microbiome health.

"Demonstrating the potential importance of these therapies in combatting health inequities could lead to transformative policy interventions that strive for universal access to emerging health technologies, and to healthcare more generally," Amato said.

"The human gut microbiome and health inequities" will publish June 14 in the journal Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS).


The role of the microbiome in human health and disease: an introduction for clinicians

Research into the microbiome—the indigenous microbial communities (microbiota) and the host environment that they inhabit—has changed clinicians’ ideas about microbes in human health and disease. Perhaps the most radical change is the realization that most of the microbes that inhabit our body supply crucial ecosystem services that benefit the entire host-microbe system. These services include the production of important resources, bioconversion of nutrients, and protection against pathogenic microbes. Thus disease can result from a loss of beneficial functions or the introduction of maladaptive functions by invading microbes. This review will show how an understanding of the dynamics and function of the indigenous microbiota has altered our view of microbes in maintaining homeostasis and causing disease. It will discuss how disruption of the beneficial functions of the microbiota can lead to disease. Methods for studying the microbiota will be introduced as part of a conceptual framework for using these methods to delineate novel roles for microbes in health. Key associations between specific changes in the microbiome and disease will be discussed. This will lead to an explanation of how the intentional manipulation of the microbiota, either by restoring missing functions or eliminating harmful functions, may lead to novel methods to prevent or treat a variety of diseases. With the explosion of studies relating the microbiome to health and disease, this review aims to provide a foundation for clinicians to follow this developing area of biomedical research.


Gut Microbiota and COVID-19 Disease Severity

Although COVID-19 primarily compromises the lungs, it also affects other parts of the body, including the gut . Gastroenterologist Ajiz Ahmed and colleagues at Stanford University showed that patients with GI symptoms were five times more likely to be admitted to the hospital — a connection that begins to make sense when we understand what the gut and lungs have in common.

As different as the roles of the gut and lungs are, they share some of the same basic structural features because they develop from the same embryonic tissues. For example, they are both lined with mucous membranes — a thin layer of specialized cells that lubricate and protect against pathogens — and they are both part of the same mucosal immune system , an integrated immune network that protects the body from infection.

COVID-19 enters cells by binding to angiotensin-converting enzyme 2 ( ACE2 ) receptors on the surface of cells throughout the body. ACE2 is a protein involved in normal biological processes, including blood pressure regulation, wound healing, and inflammation. COVID-19 uses ACE2 receptors as a doorway to enter cells and start replicating. In the process, the normal functions of ACE2 receptors are blocked. Cells that line the gut and lungs are particularly vulnerable to COVID-19 infection because they have many ACE2 receptors. People who have pre-existing deficits in their microbiota tend to have more ACE2 receptors. This may increase their susceptibility to inflammation and to COVID-19 infection, especially more severe cases.

Microbiologist and immunologist Gregor Reid of Western University in Canada says that “inflammation in the gut and lungs [can] provide the virus access to distant sites and potentially [contribute to] poorer patient outcomes.” For example, inflammation damages the cellular structure of the gut’s lining, undermining its ability to act as a protective barrier. In this way, pathogens may exit the gut, enter the bloodstream, access other organs expressing ACE2, and trigger inflammation in distant parts of the body. Other scientists are hypothesizing that disruption of the gut’s mucosal barrier may lead to severe COVID-19 for this very reason.

Reid cautions that the severity of COVID-19 symptoms likely depends on many variables and interactions that are still not entirely clear. For example, certain individuals may be more susceptible to severe COVID-19 based on the pre-existing status of their gut microbiota and their susceptibility to inflammation, Reid says. Even medications that a patient takes could alter their gut microbiota and influence COVID-19 infection and severity.

Gastroenterologist Siew Chien Ng and researchers at the Chinese University of Hong Kong found that certain bacteria known to reduce inflammation were depleted in COVID-19 patients who had elevated inflammatory markers in their blood, regardless of whether they received medications.


Parkinson's Disease Linked to Microbiome

Caltech scientists have discovered for the first time a functional link between bacteria in the intestines and Parkinson's disease (PD). The researchers show that changes in the composition of gut bacterial populations&mdashor possibly gut bacteria themselves&mdashare actively contributing to and may even cause the deterioration of motor skills that is the hallmark of this disease.

The work&mdashwhich has profound implications for the treatment of PD&mdashwas performed in the laboratory of Sarkis Mazmanian, the Luis B. and Nelly Soux Professor of Microbiology and Heritage Medical Research Institute Investigator, and appears in the December 1 issue of Cellule.

PD affects 1 million people in the US and up to 10 million worldwide, making it the second most common neurodegenerative disease. Characteristic features of PD include symptoms such as tremors and difficulty walking, aggregation of a protein called alpha-synuclein (αSyn) within cells in the brain and gut, and the presence of inflammatory molecules called cytokines within the brain. In addition, 75 percent of people with PD have gastrointestinal (GI) abnormalities, primarily constipation.

"The gut is a permanent home to a diverse community of beneficial and sometimes harmful bacteria, known as the microbiome, that is important for the development and function of the immune and nervous systems," Mazmanian says. "Remarkably, 70 percent of all neurons in the peripheral nervous system&mdashthat is, not the brain or spinal cord&mdashare in the intestines, and the gut's nervous system is directly connected to the central nervous system through the vagus nerve. Because GI problems often precede the motor symptoms by many years, and because most PD cases are caused by environmental factors, we hypothesized that bacteria in the gut may contribute to PD."

To test this, the researchers utilized mice that overproduce αSyn and display symptoms of Parkinson's. One group of mice had a complex consortium of gut bacteria the others, called germ-free mice, were bred in a completely sterile environment at Caltech and thus lacked gut bacteria. The researchers had both groups of mice perform several tasks to measure their motor skills, such as running on treadmills, crossing a beam, and descending from a pole. The germ-free mice performed significantly better than the mice with a complete microbiome.

"This was the 'eureka' moment," says Timothy Sampson, a postdoctoral scholar in biology and biological engineering and first author on the paper. "The mice were genetically identical both groups were making too much αSyn. The only difference was the presence or absence of gut microbiota. Once you remove the microbiome, the mice have normal motor skills even with the overproduction of αSyn."

"All three of the hallmark traits of Parkinson's were gone in the germ-free models," Sampson says. "Now we were quite confident that gut bacteria regulate, and are even required for, the symptoms of PD. So, we wanted to know how this happens."

When gut bacteria break down dietary fiber, they produce molecules called short-chain fatty acids (SCFAs), such as acetate and butyrate. Previous research has shown that these molecules also can activate immune responses in the brain. Thus, Mazmanian's group hypothesized that an imbalance in the levels of SCFAs regulates brain inflammation and other symptoms of PD. Indeed, when germ-free mice were fed SCFAs, cells called microglia&mdashwhich are immune cells residing in the brain&mdashbecame activated. Such inflammatory processes can cause neurons to malfunction or even die. In fact, germ-free mice fed SCFAs now showed motor disabilities and αSyn aggregation in regions of the brain linked to PD.

In a final set of experiments, Mazmanian and his group collaborated with Ali Keshavarzian, a gastroenterologist at Rush University in Chicago, to obtain fecal samples from patients with PD and from healthy controls. The human microbiome samples were transplanted into germ-free mice, which then remarkably began to exhibit symptoms of PD. These mice also showed higher levels of SCFAs in their feces. Transplanted fecal samples from healthy individuals, in contrast, did not trigger PD symptoms, unlike mice harboring gut bacteria from PD patients.

"This really closed the loop for us," Mazmanian says. "The data suggest that changes to the gut microbiome are likely more than just a consequence of PD. It's a provocative finding that needs to be further studied, but the fact that you can transplant the microbiome from humans to mice and transfer symptoms suggests that bacteria are a major contributor to disease."

The findings have important implications for the treatment of Parkinson's, the researchers say.

"For many neurological conditions, the conventional treatment approach is to get a drug into the brain. However, if PD is indeed not solely caused by changes in the brain but instead by changes in the microbiome, then you may just have to get drugs into the gut to help patients, which is much easier to do," Mazmanian says. Such drugs could be designed to modulate SCFA levels, deliver beneficial probiotics, or remove harmful organisms. "This new concept may lead to safer therapies with fewer side effects compared to current treatments."

The paper is titled "Gut Microbiota Regulate Motor Deficits and Neuroinflammation in a Model of Parkinson's Disease." Other Caltech coauthors include Taren Thron, Gnotobiotic Facility manager and research technician for the Mazmanian laboratory undergraduate Gauri G. Shastri postdoctoral scholar Collin Challis graduate student Catherine E. Schretter and Viviana Gradinaru, assistant professor of biology and biological engineering and Heritage Medical Research Institute Investigator. The work was funded by the Larry L. Hillblom Foundation, the Knut and Alice Wallenberg Foundation, the Swedish Research Council, Mr. and Mrs. Larry Field, the Heritage Medical Research Institute, and the National Institutes of Health.


Transcription

Bactéries. Virus. Fungi. We normally think of these organisms as our enemies.

But they aren’t all bad. Our bodies are full of them and it turns out we can’t live without them. But what exactly are they and what do they do for us?

From the moment we’re born, we acquire, and nurture an internal ecosystem of symbiotic bacteria and other microbes, trillions of them in all. In fact there are roughly as many microbial cells in our bodies as human cells. This thriving microbial world is called our microbiome.

While some microbes can make us ill, we need our microbiome to survive. Combined, they are every bit as essential as our heart, our lungs or our brain.

We have microbes living all over our skin and in every orifice of our bodies. But most of the microbiome is found in our gut. Our gut microbes are essential for digestion. They also help regulate hormones and they can boost our immune system.

Our microbiome contains a wide range of microbes, some of which have beneficial effects on our health and some of which are detrimental. A healthy collection of microbes seems to be vital for our wellbeing, protecting against some of the biggest health threats, like heart disease, obesity, diabetes, arthritis and even depression.

On the other hand, having an unhealthy microbiome may be a contributing factor for many common diseases.

Our modern lifestyles, western diets and overuse of antibiotics might all be having a harmful effect on our internal ecology.

So how do you cultivate a healthy microbiome? Well it seems that the more diverse your microbial population is, the better. And the best way to increase your diversity is to eat a wide range of plant-based foods.

Research shows that people who have at least 30 plant-based elements in their diet every week have a wider range of bacteria in their gut, and that’s linked to better weight management, better heart health and better mental health.

One easy way to boost your numbers is to add a teaspoon of mixed seeds to your breakfast – each type of seed counts as one of the elements. Whole grains, nuts and legumes are all good things to add to your diet as well.

For a few very unlucky people, your microbiome can go badly awry. For years, a man in the US experienced unexplained mental fogginess, dizziness and memory loss. He was repeatedly pulled over for drink driving, even when he said he hadn’t touched any alcohol.

Finally he was diagnosed with a very rare condition called auto-brewery syndrome, which happens someone’s gut gets colonised by Saccharomyces cerevisiae, also known as brewer’s yeast. These yeasts convert carbohydrates into alcohol, so this man was brewing beer inside his own stomach. That might sound fun, but this guy will tell you it really isn’t.

You can learn more about how your microbiome affects your health by subscribing to Nouveau scientifique. We’ve even got a special discount for our wonderful YouTube viewers: click the link in the box below and enter the code SAM20 to get 20 per cent off.

The influence of your gut microbes goes a lot further than you might think. In the last 20 years, we’ve learned that they communicate constantly with the brain, perhaps even exerting control over your mood and emotions.

In fact, microbes can produce every neurotransmitter found in the human brain, including serotonin and dopamine. And there are cells in the gut lining that can detect neurotransmitters and send signals to the brain.

Studies have found that when human volunteers are given probiotic yoghurts containing four different types of bacteria, this affects the activity and connectivity in emotion centres in the brain, producing changes linked to healthier emotion processing.

Another study found that pregnant women who were given certain bacteria had lower scores on depression and anxiety tests compared with a control group. Research like this has led to the idea that mental illness could be treated using treatments that change our gut bacteria, which have been dubbed psychobiotics.

Your microbiome is a big part of who you are. So take care of it, and it will take care of you! If you enjoyed this video don’t forget to like and subscribe for more Science with Sam.


Voir la vidéo: Santé - Maladie du foie (Janvier 2022).