Aujourd'hui, le rôle crucial du microbiote intestinal est admis et de nombreuses recherches sont en cours afin de comprendre les liens entre les déséquilibres du microbiote et certaines pathologies, en particulier auto-immunes et inflammatoires. Les nouvelles technologies « omiques » permettent désormais l'analyse à grande échelle des constituants du microbiote. Ainsi, la métagénomique identifie les génomes de l'ensemble des microorganismes présents (microbiome), tandis que la métaprotéomique, c'est-à-dire l'identification et la quantification des protéines microbiennes, renseigne sur le fonctionnement des communautés de microorganismes peuplant le microbiote et donc sur les rôles potentiels de ce système complexe. En matière de microbiote, l'Homme et les grands animaux ont dorénavant leur génome séquencé et leur microbiote assez bien caractérisé, en particulier, chez l'Homme, par l'étude de cohortes importantes de patients. Le défi dans ce domaine est désormais la caractérisation du microbiote intestinal d'organismes non-modèles, dont le génome n'est pas encore séquencé.
Des chercheurs du SPI à Marcoule (Li2D) ont ainsi entrepris de décrire, en termes de taxonomie et de fonctionalités, le microbiote intestinal d'un animal millimétrique, l'amphipode Gammarus fossarum, qui est utilisé comme animal sentinelle pour évaluer la qualité des eaux en France. Pour cela, ils ont combiné des approches de protéogénomique et de métaprotéomique afin d'obtenir une analyse approfondie du microbiote de G. fossarum. La stratégie repose sur l'enregistrement de données obtenues expérimentalement sur les protéines extraites des échantillons. L'interprétation de ces données se fait avec la liste des protéines de l'hôte établie par RNAseq* sur le même animal et l'ensemble des protéines microbiennes et du bol alimentaire disponibles par le biais de bases généralistes comprenant l'ensemble des organismes séquencés à ce jour.
Gammarus fossarum © J.Armengaud/CEA
Le défi méthodologique tient en trois points : i) le microbiote de chaque animal est analysé individuellement car la quantité de matériel utilisée est très faible, ii) 60 min de spectrométrie de masse sont suffisantes, et iii) la méthode permet l'analyse de l'ensemble du spectre des microorganismes constituant le microbiote, à savoir bactéries, archées, levures, champignons et parasites eucaryotes.
L'approche utilisée dans cette étude a permis de discriminer les protéines de l'hôte, des aliments résiduels et des protéines du microbiome de G fossarum, tout en en identifiant les principaux taxons (archées, bactéries, champignons, parasites) et leurs fonctions avec une fiabilité sans précédent. Cette méthodologie ouvre des perspectives très intéressantes en matière d'analyse des interactions hôte/microbiote pour de nombreux modèles animaux.
*Le RNA-Seq , également appelé séquençage aléatoire du transcriptome entier, est une technologie qui utilise le séquençage à haut débit (next-generation sequencing) pour identifier et quantifier l'ARN issu de la transcription du génome à un moment donné (le transcriptome d'une cellule est dynamique, en constante évolution).