Pour les chercheurs qui étudient les liens possibles entre la santé humaine et les milliards de microbes qui peuplent notre tube digestif, ce qui rend le travail si passionnant, c'est aussi ce qui le rend difficile.

Malgré des années d'efforts, y compris le séquençage des microbes intestinaux de milliers de volontaires, les fonctions de la grande majorité des protéines trouvées dans cette communauté microbienne - jusqu'à 85 pour cent - restent un mystère. Beaucoup de ces protéines sont probablement des enzymes, les catalyseurs biologiques qui permettent aux organismes vivants d'effectuer des réactions chimiques. Certaines enzymes du microbiome intestinal humain pourraient effectuer des processus chimiques essentiels pour la santé, mais qui ne sont actuellement pas reconnus.

Mais un nouvel outil, développé par Emily Balskus de Harvard, le professeur agrégé Morris Kahn de chimie et de biologie chimique, en collaboration avec Curtis Huttenhower, professeur agrégé de biologie computationnelle et de bioinformatique au Harvard T.H. École de santé publique Chan, peut aider les chercheurs à identifier plus précisément les enzymes présentes dans les microbiomes et à quantifier leur abondance relative. La technique est décrite dans un article publié dans Science .

"C'est une chose intéressante à faire, car avec notre méthode… en plus d'identifier les enzymes microbiennes connues, nous pouvons obtenir des informations sur la distribution et l'abondance des enzymes avec des activités inconnues, " Balskus a déclaré. "Un défi majeur associé aux microbiomes a été de savoir comment interroger le potentiel génétique non caractérisé de ces communautés. Comment passer des gènes du microbiome humain à de nouvelles activités métaboliques microbiennes ? … Et nous pensons que cela pourrait être un outil pour le faire. »

Armé de la nouvelle technique, Balskus et Huttenhower ont pu apprécier pour la première fois à quel point une enzyme radicalaire glycyle non caractérisée était courante dans le microbiome intestinal humain sain. Ils ont également pu élucider ce que fait réellement cette enzyme.

Le laboratoire Balskus étudie les enzymes du radical glycyle car elles constituent l'une des familles de protéines les plus abondantes dans le microbiome intestinal humain.

"Cette enzyme non caractérisée était la deuxième enzyme radicalaire glycyle la plus abondante chez chaque personne séquencée dans le cadre du Human Microbiome Project, et sa distribution universelle suggérait fortement qu'il faisait quelque chose d'important », a déclaré Balskus. « Cela s'avère avoir une fonction fascinante. Il permet aux microbes de métaboliser un acide aminé appelé 4-hydroxyproline, qui est un composant majeur du collagène, la protéine la plus abondante dans le corps humain. Nous avons découvert comment les microbes utilisent cet acide aminé pour se développer dans l'environnement anaérobie de l'intestin humain."

Avec ces informations à l'esprit, Balskus ajouté, les chercheurs peuvent étudier une série de questions supplémentaires.

« Maintenant que nous savons que cette activité est très abondante dans cet habitat microbien, nous pouvons commencer à explorer un certain nombre de nouvelles idées pour expliquer pourquoi il pourrait être présent, et comment cela pourrait affecter l'hôte humain et d'autres microbes, " elle a dit.

Sans ce type d'outil, Balskus a dit, il est incroyablement difficile de découvrir une nouvelle chimie dans le microbiome intestinal en raison des similitudes partagées par de nombreuses enzymes.

« Nous étions intéressés par le défi de distinguer les membres d'une même famille d'enzymes qui ont des activités différentes les uns des autres, " dit-elle. " Les membres d'une famille humaine peuvent être étroitement liés mais ont des occupations très différentes, et c'est aussi le cas pour les familles d'enzymes. Une famille d'enzymes peut être similaire en termes de séquences d'acides aminés, mais les membres individuels de la famille ont souvent évolué pour effectuer des transformations chimiques très différentes."

Balskus espère que la nouvelle technique permettra aux chercheurs d'identifier et de caractériser de nouvelles enzymes dans le but de mieux comprendre les processus métaboliques des communautés microbiennes et leur impact sur les organismes et les environnements environnants.

"J'espère que ce sera une contribution importante et une étape vers la résolution de cet énorme problème des protéines non caractérisées dans les communautés microbiennes, ", a-t-elle dit. "Ce n'est pas seulement un problème pour le microbiome intestinal humain, mais pour toute communauté microbienne. Et ces communautés sont littéralement partout sur Terre!"

Aller de l'avant, Balskus pense que la technique pourrait même faire la lumière sur la façon dont le microbiome intestinal humain affecte la santé humaine.

"À l'avenir, nous pouvons commencer à penser à des choses comme des analyses comparatives, " dit-elle. "Dans cet article, nous n'avons examiné que les données provenant d'humains en bonne santé. Mais nous aimerions vraiment comparer l'abondance d'enzymes dans les microbiomes d'individus sains et de patients souffrant de diverses maladies. Cela pourrait nous donner un aperçu de la façon dont les activités métaboliques dans le microbiome intestinal pourraient changer avec la maladie. S'il existe certaines enzymes particulièrement abondantes chez les patients atteints d'une maladie donnée, ils pourraient être des cibles thérapeutiques potentielles."