Les communautés bactériennes protectrices consomment les nutriments pour affamer les agents pathogènes

L’intestin humain abrite des centaines d’espèces bactériennes différentes, collectivement appelées microbiome intestinal. L’un de leurs principaux avantages pour la santé est de protéger l’intestin contre les agents pathogènes envahissants (micro-organismes pathogènes) qui pourraient provoquer des infections nocives. Mais jusqu’à présent, on ne savait pas exactement comment cet effet protecteur se produisait et si certaines espèces bactériennes jouaient un rôle plus important que d’autres.

Pour étudier cela, des chercheurs de l’Université d’Oxford ont testé 100 souches différentes de bactéries intestinales, individuellement et en combinaison, pour déterminer leur capacité à limiter la croissance de deux agents pathogènes bactériens nocifs : Klebsiella pneumoniae et Salmonelle entérique. Les bactéries intestinales individuelles ont montré une très faible capacité à limiter la propagation de l’un ou l’autre pathogène. Mais lorsque des communautés comprenant jusqu’à 50 espèces étaient cultivées ensemble, les agents pathogènes se développaient jusqu’à 1 000 fois moins efficacement que lorsqu’ils étaient cultivés avec n’importe quelle espèce individuelle. Cet « effet de protection de la communauté » a été observé, que les bactéries aient été cultivées ensemble dans des flacons ou chez des souris « sans germes » (qui n’avaient aucune bactérie intestinale résidente au début des expériences).

Ces résultats démontrent clairement que la résistance à la colonisation est une propriété collective des communautés du microbiome ; en d’autres termes, une seule souche n’est protectrice que lorsqu’elle est associée à d’autres. »

Kevin Foster, auteur, professeur, départements de biologie et de biochimie, Université d’Oxford

Cependant, les chercheurs ont découvert que les membres des communautés bactériennes – et pas seulement la diversité globale – avaient un effet crucial sur le niveau de protection. Certaines espèces se sont révélées essentielles à la protection communautaire, même si elles n’offraient qu’une faible protection à elles seules.

Les chercheurs ont démontré que les communautés bactériennes protectrices bloquent la croissance des agents pathogènes en consommant les nutriments dont ils ont besoin. En évaluant les génomes des différentes espèces bactériennes, ils ont constaté que les communautés les plus protectrices étaient composées d’espèces ayant des compositions protéiques très similaires à celles des espèces pathogènes. Ils ont également utilisé le profilage métabolique pour démontrer que les espèces protectrices avaient des besoins en sources de carbone similaires à ceux des agents pathogènes.

L’auteur Frances Spragge (Départements de biologie et de biochimie, Université d’Oxford) a ajouté : « Bien que l’augmentation de la diversité du microbiome augmente la probabilité de protection contre ces agents pathogènes, le chevauchement des profils d’utilisation des nutriments entre la communauté et l’agent pathogène est essentiel. Certaines espèces qui jouent un rôle crucial dans la protection de la communauté présentent un degré élevé de chevauchement métabolique avec l’agent pathogène, et donc des besoins en nutriments similaires.»

Les chercheurs ont utilisé ce principe de blocage des nutriments pour prédire les communautés de bactéries qui offriraient une protection faible et forte contre un agent pathogène différent : un agent pathogène résistant aux antimicrobiens. E. coli souche. Lors de tests expérimentaux, les communautés qui avaient les nutriments les plus élevés se chevauchent avec les communautés les plus riches en éléments nutritifs. E. coli Les souches étaient jusqu’à 100 fois plus efficaces pour réduire l’abondance du pathogène que ce que les communautés prévoyaient pour offrir une faible protection.

Selon les chercheurs, ces nouvelles connaissances pourraient être développées dans de nouvelles stratégies pour lutter contre les agents pathogènes intestinaux nocifs en optimisant les communautés du microbiome intestinal. Ils peuvent également expliquer pourquoi les individus peuvent devenir plus sensibles à des espèces telles que K. pneumoniae après avoir pris des traitements antibiotiques qui peuvent réduire la diversité des espèces du microbiome intestinal.

L’auteur, le Dr Erik Bakkeren (Départements de biologie et de biochimie, Université d’Oxford) a ajouté : « Nos travaux soutiennent l’hypothèse générale selon laquelle un microbiome plus diversifié peut avoir des effets bénéfiques sur la santé. Cela laisse entrevoir l’objectif d’optimiser la composition des microbiomes afin de se protéger contre les espèces bactériennes nocives pour la santé.