Les scientifiques de l’UC San Diego ont développé microbeMASST, un nouvel outil qui fait progresser considérablement la recherche sur le métabolisme microbien en identifiant les microbes et leurs signatures métaboliques. Cette percée pourrait transformer notre approche des études sur la santé et l’environnement. Crédit : Issues.fr.com
Utilisant une base de données de plus de 60 000 micro-organismes organisés par des chercheurs du monde entier, le nouvel outil de recherche associe instantanément les microbes aux métabolites qu’ils produisent.
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 2024 dans Microbiologie naturelleaborde directement ces limites, ce qui pourrait à terme transformer notre compréhension de la santé humaine et de l’environnement.
Un pas en avant dans les études microbiennes
« 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, PhD, professeur de pharmacologie et de pédiatrie à la faculté de médecine de l’UC San Diego et professeur à Skaggs. École de pharmacie et des sciences pharmaceutiques 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 du Collaborative Microbial Metabolite Center de l’UC San Diego, une 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.
Impact sur la santé humaine et l’environnement
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. »
microbeMASST : un outil révolutionnaire
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.
Potentiel de transformation pour les sciences de la vie
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. »
Les co-auteurs de l’étude de l’UC San Diego sont : Simone Zuffa, Robin Schmid, Anelize Bauermeister, Paulo Wender P. Gomes, Andres M. Caraballo-Rodriguez, Yasin El Abiead, Jasmine Zemlin, Michael J. Meehan, Allegra T. Aron, Nicole E. Avalon, Nuno Bandeira, William H. Gerwick, Ekaterina Buzun, Marvic Carrillo Terrazas, Chia-Yun Hsu, Renee Oles, Adriana Vasquez Ayala, Jiaqi Zhao, Hiutung Chu, Mirte CM Kuijpers, Sara L. Jackrel, Benjamin S. Pullman, Rob Knight et Daniel McDonald.
Les co-auteurs supplémentaires incluent : Alegra T. Aron de l’Université de Denver, Emily C. Gentry de Virginia Tech, Robert H. Cichewicz de l’Université d’Oklahoma, Fidele Tugizimana, Lerato Pertunia Nephali et Ian A. Dubery de Université de Johannesbourg, Ntakadzeni Edwin Madala de l’Université de Venda, Eduarda Antunes Moreira, Leticia Veras Costa-Lotufo, Norberto Peporine Lopes et Paula Rezende-Teixeira de l’Université de São Paulo, Paula C. Jimenez de l’Université fédérale de São Paulo, Bipin Rimal, Andrew D. Patterson, Matthew F. Traxler et Rita de Cassia Pessotti de l’Université d’État de Pennsylvanie, Daniel Alvarado-Villalobos, Giselle Tamayo-Castillo, Priscila Chaverri, Efrain Escudero-Leyva et Luis-Manuel Quiros-Guerrero, de l’Université du Costa Rica, Alexandre Jean Bory , Juliette Joubert, Adriano Rutz, Jean-Luc Wolfender et Pierre-Marie Allard à l’Université de Genève, Andreas Sichert et Sammy Pontrelli à l’ETH Zurich, Katia Gindro et Josep Massana-Codina à Agroscope, Berenike C. Wagner, Karl Forchhammer et Daniel Petras à l’Université de Tübingen, Nicole Aiosa et Neha Garg. Au Georgia Institute of Technology, Manuel Liebeke et Patric Bourceau de l’Institut Max Planck de microbiologie marine, Kyo Bin Kang de l’Université des femmes Sookmyung, Henna Gadhavi, Luiz Pedro Sorio de Carvalho et Mariana Silva dos Santos de l’Institut Francis Crick, Alicia Isabel Pérez- Lorente, Carlos Molina-Santiago et Diego Romero de l’Universidad de Málaga-Consejo Superior de Investigaciones Científicas Raimo Franke et Mark Brönstrup du Helmholtz Center for Infection Research, Arturo Vera Ponce de León, Phillip Byron Pope et Sabina Leanti La Rosa, Université norvégienne de la vie Sciences, Giorgia La Barbera et Henrik M. Roager de l’Université de Copenhague, Martin Frederik Laursen, Université technique du Danemark, Fabian Hammerle, Bianka Siewert et Ursula Peintner de l’Université d’Innsbruck, Cuauhtemoc Licona-Cassani et Lorena Rodriguez-Orduña de Tecnologico de Monterrey , Evelyn Rampler, Felina Hildebrand, Gunda Koellensperger, Harald Schoeny, Katharina Hohenwallner et Lisa Panzenboeck de l’Université de Vienne, Rachel Gregor du Massachusetts Institute of Technology, Ellis Charles O’Neill, Eve Tallulah Roxborough et Jane Odoi de Université de NottinghamNicole J. Bale, Su Ding et Jaap S. Sinninghe Damsté de l’Institut néerlandais de recherche maritime, Xue Li Guan de l’Université technologique de Nanyang, Jerry J. Cui et Kou-San Ju de l’Ohio State University, Denise Brentan Silva et Fernanda Motta Ribeiro Silva à l’Université fédérale du Mato Grosso do Sul, Gilvan Ferreira da Silva à Embrapa Amazônia Ocidental, Hector HF Koolen à Universidade do Estado do Amazonas, Carlismari Grundmann à Université de São Paulo, Ribeirão Preto, Jason A. Clement à Baruch S. Blumberg Institute, Hosein Mohimani de l’Université Carnegie Mellon, Kirk Broders du Département américain de l’Agriculture, Kerry L. McPhail de l’Université d’État de l’Oregon, Sidnee E. Ober-Singleton de Université de l’OregonChristopher M. Rath à Emmeryville en Californie et Mingxun Wang à l’Université de Californie à Riverside.
Cette étude a été financée en partie par le Instituts nationaux de la santé (subventions U24DK133658, U19AG063744, 1DP2GM137413, F32AT011475, R01 GM107550, R01 GM137135, U01 DK119702, S10 OD021750, 1R01LM013115, 1R01GM132649, DP1AT 010885, T32 DK007202), la National Science Foundation (subvention 2152526), le Département américain de l’Agriculture, Service de recherche agricole , la Fondation nationale de recherche de Corée (subventions NRF-2020R1C1C1004046, NRF-2022R1A5A2021216 et NRF-2022M3H9A2096191), le Fonds scientifique autrichien (subvention P31915), la Fondation allemande pour la recherche (subventions EXC 2124 et TRR 261), la Fondation de recherche de São Paulo ( subventions #2018/24865-4, #2019/03008-9, #2020/06430-0, #2022/12654-4, #2015/17177-6, #2020/02207-5, #2021/10603-0) , Conseil national pour le développement scientifique et technologique (CNPq), Conseil norvégien de la recherche (subvention 311913), Fondation Novo Nordisk (subvention NNF19OC0056246), Fonds de recherche indépendant du Danemark (subvention 0171-00006B), projet ERA-Net Cofund BlueBio ( subvention 311913), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas, Fundação de Apoio ao Desenvolvimento do Ensino, Ciência e Tecnologia do Estado de Mato Grosso do Sul – FUNDECT (subventions 71/032.390/2022 et 311/2022), le Betty et Fondation Gordon Moore et Société Max Planck.
