L’analyse génomique d’échantillons humains provenant de grottes sèches montre des différences marquées avec les populations bactériennes industrialisées modernes. –

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  • Les scientifiques rassemblent rapidement des preuves que les variantes des microbiomes intestinaux, les collections de bactéries et d’autres microbes dans notre système digestif, peuvent jouer un rôle nocif dans le diabète et d’autres maladies. Aujourd’hui, les scientifiques du Joslin Diabetes Center ont découvert des différences dramatiques entre les microbiomes intestinaux des anciens peuples d’Amérique du Nord et les microbiomes modernes, offrant de nouvelles preuves sur la façon dont ces microbes peuvent évoluer avec différents régimes alimentaires.

    Les scientifiques ont analysé l’ADN microbien trouvé dans les paléofèces humaines indigènes (excréments desséchés) de grottes anormalement sèches de l’Utah et du nord du Mexique avec des niveaux extrêmement élevés de séquençage génomique, explique le chercheur adjoint de Joslin, Aleksandar Kostic, PhD, auteur principal d’un Nature papier présentant le travail.

    En effectuant une analyse génomique plus large et plus approfondie que les études précédentes sur les microbiomes intestinaux humains anciens, l’étude a été la première à révéler de nouvelles espèces de microbes dans les spécimens, explique Kostic, qui est également professeur adjoint de microbiologie à la Harvard Medical School.

    Dans des études antérieures sur des enfants en Finlande et en Russie, Kostic et ses collègues ont montré que les enfants des régions industrialisées, qui étaient beaucoup plus susceptibles de développer un diabète de type 1 que ceux des zones non industrialisées, avaient également des microbiomes intestinaux très différents. «Nous avons pu identifier des microbes et des produits microbiens spécifiques qui, selon nous, ont entravé une éducation immunitaire appropriée au début de la vie», explique Kostic. “Et cela conduit plus tard à des incidents plus élevés non seulement de diabète de type 1, mais d’autres maladies auto-immunes et allergiques.”

    Alors, à quoi ressemblerait un microbiome humain sain avant les effets de l’industrialisation? «Je suis convaincu que vous ne pouvez répondre à cette question avec aucun peuple vivant moderne», déclare Kostic, qui souligne que même les tribus des régions extrêmement reculées de l’Amazonie contractent le Covid-19.

    Steven LeBlanc, un archéologue anciennement du Peabody Museum of Archaeology and Ethnology de Harvard, est venu à Kostic avec une source alternative dramatique: l’ADN microbien trouvé dans des échantillons de paléofèces humains que les musées ont collectés dans des environnements arides du sud-ouest de l’Amérique du Nord.

    Kostic et l’étudiante diplômée Marsha Wibowo ont relevé le défi, comparant finalement l’ADN de huit échantillons d’intestin anciens exceptionnellement bien conservés provenant de grottes sèches (certains datant du premier siècle de l’ère actuelle) avec l’ADN de 789 échantillons modernes. Un peu plus de la moitié des échantillons modernes provenaient de personnes suivant un régime «occidental» industrialisé et le reste de personnes consommant des aliments non industrialisés (cultivés principalement dans leurs propres communautés).

    Les différences entre les populations de microbiome étaient frappantes. Par exemple, une bactérie connue sous le nom de Treponema succinifaciens “ne se trouve pas dans un seul microbiome occidental que nous avons analysé, mais dans chacun des huit anciens microbiomes”, explique Kostic. Les microbiomes antiques correspondaient plus étroitement aux microbiomes modernes non industriels.

    Étonnamment, Wibowo a découvert que près de 40% des anciennes espèces microbiennes n’avaient jamais été vues auparavant. Qu’est-ce qui pourrait expliquer cette forte variabilité génétique?

    «Dans les cultures anciennes, les aliments que vous mangez sont très diversifiés et peuvent soutenir une collection plus éclectique de microbes», spécule Kostic. “Mais à mesure que vous vous dirigez vers l’industrialisation et davantage vers un régime alimentaire d’épicerie, vous perdez beaucoup de nutriments qui aident à soutenir un microbiome plus diversifié.”

    Les microbiomes antiques avaient également des nombres relativement plus élevés que les microbiomes industriels modernes de transposases (éléments transposables de séquences d’ADN qui peuvent changer d’emplacement dans le génome).

    “Nous pensons que cela pourrait être une stratégie pour que les microbes s’adaptent dans un environnement qui change beaucoup plus que le microbiome industrialisé moderne, où nous mangeons les mêmes choses et vivons la même vie plus ou moins toute l’année”, déclare Kostic. “Alors que dans un environnement plus traditionnel, les choses changent et les microbes doivent s’adapter. Ils pourraient utiliser cette collection beaucoup plus grande de transposases pour saisir et collecter des gènes qui les aideront à s’adapter aux différents environnements.”

    De plus, les anciennes populations microbiennes incorporaient moins de gènes liés à la résistance aux antibiotiques. Les échantillons anciens présentaient également un nombre plus faible de gènes qui produisent des protéines qui dégradent la couche de mucus intestinal, qui peut alors produire une inflammation liée à diverses maladies.

    En outre, les travaux peuvent mettre en lumière une controverse scientifique sur la question de savoir si les populations de microbes intestinaux sont transmises verticalement de génération en génération d’humains, ou évoluent principalement à partir des environnements environnants.

    En examinant la lignée de la bactérie commune Methanobrevibacter smithii dans les échantillons anciens, ils ont découvert que son évolution était cohérente avec une souche ancestrale commune datée à peu près au moment où les humains ont migré pour la première fois à travers le détroit de Béring en Amérique du Nord. «Ces microbes, tout comme nos propres génomes, voyagent avec nous», dit Kostic.

    Le projet de recherche a commencé par la nécessité d’identifier des échantillons de paléofèces humains non contaminés qui ont été conservés dans un état inhabituellement bon. «Lorsque nous avons reconstruit ces génomes, nous avons essayé d’être très conservateurs», dit Wibowo.

    En plus de la datation au carbone 14, les scientifiques ont utilisé des analyses diététiques et d’autres méthodes pour valider que les échantillons sélectionnés étaient bien humains et non contaminés par le sol ou par d’autres animaux tels que les chiens, dit-elle. Les enquêteurs ont également confirmé que les échantillons choisis présentaient les schémas de désintégration que tout ADN est connu pour présenter au fil du temps.

    L’équipe a effectué un séquençage de l’ADN beaucoup plus profond que ce qui avait été réalisé lors des efforts précédents, au moins 100 millions de lectures, avec 400 millions de lectures d’ADN pour un spécimen.

    Une collaboratrice, l’anthropologue Meradeth Snow, PhD, de l’Université du Montana à Missoula, a dirigé une initiative visant à obtenir des points de vue sur le travail des communautés autochtones amérindiennes de la région du sud-ouest. “Nous reconnaissons et apprécions les individus dont la génétique et les microbes ont été analysés pour cette recherche, ainsi que les individus d’aujourd’hui avec un patrimoine génétique ou culturel associé”, souligne l’étude.

    Les chercheurs prévoient d’étendre leurs études à de nombreux autres spécimens de microbiomes anciens, dans le but de détecter de nouvelles espèces microbiennes et d’essayer de prédire leurs fonctions métaboliques. Kostic est intrigué par la possibilité de ressusciter ces anciens microbes en laboratoire, en insérant d’anciens génomes dans les espèces bactériennes vivantes les plus proches. «Si nous pouvons les cultiver en laboratoire, nous pouvons mieux comprendre la physiologie de ces microbes», dit-il.

    LeBlanc a aidé les enquêteurs de Joslin à rassembler des collaborateurs, éventuellement recrutés dans une dizaine d’établissements. Parmi les contributions clés, le Dr Snow du Montana a dirigé l’extraction et la préparation de l’ADN ancien, et Christina Warinner, PhD de Harvard, a offert son expertise sur l’ancien microbiome humain. «C’était incroyable d’apprendre de tous ces brillants collaborateurs», déclare Wibowo. “Il faut vraiment un village.”

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