Des dizaines de milliers d’espèces de phages peuplent l’intestin de chaque être humain

Après avoir analysé des matières fécales humaines, les scientifiques ont identifié 54 118 espèces de virus, dont la plupart se sont révélés être des virus de bactéries — des bactériophages

Ces derniers temps, l’intérêt des scientifiques pour le microbiote humain — les micro-organismes qui vivent sur notre peau et nos muqueuses et qui ont une influence considérable sur notre santé — ne cesse de croître. La plus grande quantité de flore symbiotique vit peut-être dans l’intestin humain : elle participe à la digestion des aliments, à la protection contre les agents pathogènes, à la maturation du système immunitaire et à la modulation de son activité, et influence même l’activité nerveuse supérieure.

Aujourd’hui, le microbiote intestinal humain est l’écosystème microbial le mieux étudié au monde, bien que plus de 70 % des espèces bactériennes n’aient pas encore été cultivées en laboratoire. Cela est connu grâce à l’utilisation de méthodes de métagénomique — l’analyse génétique de matériel prélevé dans un environnement spécifique. La séquence de l’ADN total d’un tel matériel fournit un « cliché » instantané de tous les êtres vivants apparus dans l’échantillon à un moment donné. La métagénomique a montré à quel point la science moderne est encore loin d’identifier et d’isoler toutes les bactéries intestinales, et encore plus loin de comprendre les virus intestinaux.

Les scientifiques ont utilisé des programmes informatiques pour analyser 11 810 métagénomes d’échantillons de selles provenant de personnes de 24 pays *. Leur objectif était de déterminer quelle proportion des génomes des habitants de l’intestin sont des virus. Le résultat de l’étude a été la création du catalogue Metagenomic Gut Virus, qui est à ce jour la ressource la plus complète de ce type. Le catalogue contient 189 680 génomes viraux, représentant plus de 50 000 espèces de virus. Fait intéressant, plus de 90 % d’entre eux sont inconnus de la science. Ensemble, ils codent plus de 450 000 protéines différentes, qui peuvent être utiles ou nocives pour les bactéries et, par conséquent, avoir l’un ou l’autre effet sur l’être humain.

L’élément génétique le plus courant dans les génomes de phages analysés sont les rétroéléments générateurs de diversité (DGR). Ils provoquent des mutations dans certains gènes cibles afin de créer, dans la course évolutive avec les bactéries hôtes, le plus grand nombre possible de variantes pour la sélection constante des plus optimales.

Après l’identification, les phages devaient être associés aux bactéries hôtes. Pour ce faire, les scientifiques ont utilisé les fonctions du système CRISPR — une sorte de système immunitaire bactérien qui se « souvient » des infections virales et empêche leur réapparition. Les bactéries copient et stockent des fragments de gènes viraux dans leur propre génome afin de reconnaître et de détruire le virus en cas de nouvelle invasion. Ces copies permettent d’identifier quelles bactéries sont les hôtes des phages dans l’écosystème intestinal.

Naturellement, les espèces de virus les plus courantes dans l’intestin ont été associées aux espèces de bactéries les plus courantes dans cet écosystème — principalement des représentants des types Firmicutes et Bacteroidota.

Quelle est l’utilité de la recherche sur les virus intestinaux ? Un domaine d’application très prometteur des informations obtenues est la phagothérapie, à savoir l’influence ciblée sur le microbiote humain à l’aide de bactériophages. Alors que l’alimentation, les antibiotiques, les probiotiques, les prébiotiques et d’autres approches modernes ont un effet général non spécifique sur le microbiote, la phagothérapie peut offrir une modélisation subtile de sa composition. Les phages peuvent, par exemple, constituer un traitement efficace contre une infection à Clostridioides difficile, qui se développe principalement à la suite d’une antibiothérapie de longue durée.

Bien que les auteurs disposent déjà d’une mine d’informations sur les virus qui composent le microbiote intestinal humain normal, ils admettent n’avoir « fait connaissance » qu’avec une petite partie de ce vaste « univers » et qu’il reste encore un long chemin à parcourir pour obtenir une image complète.

* Nayfach S, Páez-Espino D, Call L et al. Metagenomic compendium of 189,680 DNA viruses from the human gut microbiome. Nat. Microbiol, 2021; 6: 960-970. https://doi.org/10.1038/s41564-021-00928-6