Des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego, dans le cadre d’une vaste collaboration avec des scientifiques du monde entier, ont développé un nouvel outil de recherche pour aider les chercheurs à mieux comprendre le métabolisme des micro-organismes. Les microbes sont des acteurs clés dans pratiquement tous les systèmes biologiques et environnementaux, mais les limites des techniques actuelles utilisées pour étudier le métabolisme microbien rendent difficile le décodage de leurs interactions et activités.
La nouvelle recherche, publiée le 5 février 2023 dans Microbiologie naturelleaborde directement ces limites, ce qui pourrait à terme transformer notre compréhension de la santé humaine et de l’environnement.
« Les humains sont des écosystèmes ambulants dans lesquels les microbes sont largement plus nombreux que nous, mais nous en savons si peu sur les métabolites produits par les microbes », a déclaré l’auteur principal de l’étude. Pieter Dorrestein, Ph.D., professeur de pharmacologie et de pédiatrie à la faculté de médecine de l’UC San Diego et professeur à la Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences de l’UC San Diego. « Cette technologie nous permet de faire correspondre les microbes aux signatures métaboliques qu’ils produisent sans aucune connaissance préalable, ce qui représente un grand pas en avant dans notre capacité à étudier les micro-organismes et leurs relations complexes avec les humains et les écosystèmes. »
L’outil révolutionnaire, que les scientifiques appellent microbeMASST, a été développé par des scientifiques de l’UC San Diego. Centre collaboratif des métabolites microbiensune initiative soutenue par les NIH qui vise à créer un référentiel international de données métabolomique microbienne pour aider les chercheurs à étudier l’interaction complexe entre les microbes et les humains.
Les microbes bénéfiques jouent un rôle clé dans la santé humaine en colonisant certaines zones du corps, notamment la peau, où ils nous protègent contre les agents pathogènes externes, et l’intestin, où ils contribuent à des fonctions essentielles telles que l’absorption des nutriments et la régulation du système immunitaire. La perturbation des communautés microbiennes de notre corps est associée à un large éventail de maladies.
« Cette ressource nous aidera à interroger de manière mécanique le rôle du microbiome dans des problèmes de santé tels que les maladies du foie, les maladies inflammatoires de l’intestin, le diabète, l’athérosclérose et autres », a ajouté Dorrestein.
Les microbes sont également au centre de processus environnementaux importants, tels que les cycles du carbone et de l’azote. Lorsque les communautés microbiennes impliquées dans ces processus sont perturbées, il peut devenir plus difficile pour les écosystèmes de recycler les nutriments, ce qui entraîne un large éventail de déséquilibres écologiques destructeurs.
En raison de leur rôle crucial dans l’environnement et de leurs interactions avec des organismes plus grands, le métabolisme des microbes joue un rôle moteur dans pratiquement tous les aspects de la biologie. Cependant, le vaste potentiel métabolique des communautés microbiennes est souvent négligé dans les expériences modernes, qui n’examinent généralement le métabolisme microbien que sous un angle large.
« L’un des défis de l’étude des microbes au niveau moléculaire est qu’il est difficile de savoir quels microbes produisent quelles molécules à moins de savoir déjà ce que vous recherchez », a déclaré la première auteure Simone Zuffa, chercheuse postdoctorale travaillant avec Dorrestein. « Si vous considérez les colonies de microbes comme des fêtes bondées avec beaucoup de gens qui parlent, nos expériences actuelles ne peuvent enregistrer que le son, mais nous voulons trouver un moyen de déchiffrer cet audio pour déterminer qui dit quoi. »
Pour aider à produire le nouvel outil de recherche, que les chercheurs ont appelé microbeMASST, les chercheurs du Collaborative Microbial Metabolite Center de l’UC San Diego ont collecté plus de 100 millions de points de données provenant de 60 000 échantillons microbiens distincts, rassemblés par des scientifiques du monde entier. Cette base de données a été méticuleusement organisée à partir des contributions de la communauté et de la conservation des métadonnées, et comprend des microbes provenant de plantes, de sols, d’océans, de lacs, de poissons, d’animaux terrestres et d’humains.
En croisant un échantillon expérimental avec cette bibliothèque massive de microbes individuels, microbeMASST peut détecter quels microbes sont présents dans cet échantillon.
« Aucun outil existant ne peut faire cela, et le nôtre peut le faire en quelques secondes », a ajouté Zuffa.
Étant donné que microbeMASST peut identifier les microbes dans un échantillon sans aucune connaissance préalable, les chercheurs sont convaincus que les applications de cette technologie s’étendent à divers domaines de la biologie, tels que l’aquaculture, l’agriculture, la biotechnologie et l’étude des problèmes de santé d’origine microbienne.
« Nous prévoyons que microbeMASST sera une ressource transformatrice pour la communauté de recherche en sciences de la vie », a déclaré Dorrestein. « De plus, l’outil ne fera que s’améliorer avec le temps à mesure que la communauté rassemblera davantage de données que le système pourra référencer. »
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