Les perturbations du microbiome de l'intestin humain sont corrélées à plusieurs maladies, y compris l'obésité et le cancer. Pourtant, on sait peu de choses sur l'organisation spatiale de près de 1, 000 espèces bactériennes dans l'intestin humain, qui peuvent influencer la façon dont les espèces interagissent entre elles et avec leur hôte.

Dans une nouvelle étude collaborative, scientifiques du Laboratoire de biologie marine de Woods Hole, l'Institut Forsyth, et l'Université de Washington à St. Louis a établi un système simplifié, modéliser le microbiome intestinal humain chez des souris sans germes et a révélé sa structure grâce aux technologies d'imagerie développées à la MBL. L'étude est publiée cette semaine dans Actes de l'Académie nationale des sciences .

"Nous pensions que nous verrions des grappes de bactéries, avec certaines espèces se rassemblant autour des particules de nourriture et d'autres abondantes dans la couche de mucus de l'intestin, qui sépare la bactérie du tissu hôte, " déclare Jessica Mark Welch, scientifique de la MBL, l'auteur principal de l'étude. "Au lieu, nous avons vu une communauté mixte, où chaque cellule avait tendance à être à côté de cellules d'une espèce différente. » Les communautés bactériennes près de la couche de mucus et à l'intérieur de l'intestin (la lumière), où la nourriture digérée est poussée par des contractions musculaires, ressemblait.

"L'étude suggère que l'hôte mélange les microbes et empêche la formation de grands groupes de types de bactéries uniques, " Mark Welch dit. " L'hôte fait cela en éliminant le mucus et les cellules épithéliales dans la lumière, et en mélangeant mécaniquement le contenu de l'intestin. Il se peut que ce mélange crée une communauté microbienne stable sur le plan de l'évolution."

"Personne n'a examiné une communauté microbienne complexe dans l'intestin de cette façon auparavant, " dit l'auteur principal Gary Borisy, chercheur principal au Forsyth Institute de Cambridge, Mass. « Si nous voulons vraiment comprendre le rôle du microbiome, il ne suffit pas de savoir quels microbes sont présents. Nous devons aussi apprendre ce qu'ils font, à qui ils parlent et pourquoi. Une partie de la réponse à ce problème est de savoir qui est à côté de qui et qui est à côté de quoi."

La compréhension de la structure spatiale des microbiomes est un domaine jeune que ces chercheurs sont pionniers grâce à leur nouvelle technologie d'imagerie. Ce qu'ils ont vu dans l'intestin modèle contraste avec leur étude antérieure de la plaque dentaire humaine, où ils ont découvert des assemblages hautement organisés d'espèces bactériennes.

"Nous ne comprenons pas tout à fait pourquoi l'organisation du microbiome est si différente dans la bouche et dans l'intestin, " Mark Welch dit. "Cela peut avoir à voir avec le débit. Dans la bouche, si les bactéries n'adhèrent pas à quelque chose - que ce soit entre elles ou à l'hôte - elles se retrouvent dans l'estomac en quelques secondes. Dans l'intestin, le flux de contenu se produit sur une échelle de temps en heures plutôt qu'en secondes."

Mark Welch et ses collaborateurs explorent actuellement l'organisation du microbiome dans un certain nombre d'écosystèmes humains et marins, y compris la langue humaine, l'intestin de seiche, la surface du varech, et sur les débris plastiques marins.

Leur technologie d'imagerie donne aux chercheurs la capacité unique d'imager et d'identifier simultanément 15 taxons microbiens ou plus, en utilisant une technique appelée Marquage Combinatoire et Imagerie Spectrale - Hybridation in situ par fluorescence (CLASI-FISH). Le microbiome intestinal modèle de l'équipe contenait 15 espèces bactériennes qui sont généralement abondantes dans l'intestin humain.