Une nouvelle méthode de séquençage analyse les microbiomes pulmonaires pour prédire la mortalité chez les enfants après une greffe de moelle osseuse

Pour les enfants qui subissent une greffe de moelle osseuse, même des infections respiratoires bénignes peuvent s’avérer mortelles. Aujourd'hui, des scientifiques de l'UC San Francisco (UCSF) et du Chan Zuckerberg Biohub San Francisco (CZ Biohub SF) ainsi qu'une équipe de recherche internationale ont découvert des liens entre certaines communautés microbiennes et le risque relatif de mortalité chez ces patients.

Ils ont utilisé une méthode sophistiquée qui identifie rapidement et complètement tous les organismes potentiellement pathogènes présents dans les poumons. La nouvelle étude, publiée le 23 mai 2024 dans Médecine naturelleouvre la voie à des diagnostics plus précis, et éventuellement à des thérapies, pour améliorer les taux de survie des enfants après une greffe.

L'équipe de recherche, qui comprenait des dizaines de chercheurs d'hôpitaux aux États-Unis, au Canada et en Australie, a recruté une large cohorte de patients pédiatriques et a utilisé une technique appelée séquençage métagénomique de nouvelle génération (mNGS) pour analyser le liquide collecté dans les poumons.

Après avoir déterminé l'abondance relative des différents microbes présents dans chacun de ces échantillons, les chercheurs ont classé les patients en quatre « groupes » distincts, ce qui leur a permis de prédire quels enfants étaient les plus susceptibles de subir des lésions pulmonaires mortelles. Ils ont constaté que, par rapport à d’autres groupes, les enfants présentant les pires résultats avaient globalement moins d’espèces microbiennes, mais des populations marquées de bactéries et de virus Staphylococcus.

“Nous avons prélevé des échantillons sur 229 patients pédiatriques ayant reçu une greffe de moelle osseuse dans 32 hôpitaux”, a déclaré le premier auteur Matt Zinter, professeur adjoint de pédiatrie à l'UCSF. “Nos résultats, que nous avons validés dans une cohorte entièrement distincte, indiquent que les microenvironnements pulmonaires sont prédictifs ou pronostiques du risque de mortalité. Notre objectif ultime est de comprendre comment moduler la biologie pulmonaire au profit de nos patients.”

Des ennemis inattendus

La greffe de moelle osseuse, également connue sous le nom de greffe de cellules hématopoïétiques (HCT), est un traitement vital pour les enfants qui luttent contre la leucémie, l'insuffisance médullaire et les troubles génétiques tels que les immunodéficiences innées et la drépanocytose, mais la procédure est éreintante. Il s'agit d'administrer de fortes doses de chimiothérapie pour tuer les cellules malades de la moelle osseuse, ce qui supprime le système immunitaire mais facilite la croissance de cellules souches saines qui sont ensuite transplantées chez les patients.

Cette suppression immunitaire rend les patients exceptionnellement vulnérables aux virus, bactéries et autres agents pathogènes qui pénètrent dans l’organisme pendant la phase critique du « redémarrage » du système immunitaire.

“Nous voyons ces patients en soins intensifs, et ils font partie des patients les plus malades vus dans un hôpital pour enfants”, a déclaré Zinter, spécialiste des soins intensifs pédiatriques et directeur du programme de soins intensifs pédiatriques immunodéprimés aux hôpitaux pour enfants UCSF Benioff. Zinter mène des recherches dans le laboratoire du président de CZ Biohub SF, Joseph DeRisi, professeur de biochimie et de biophysique à l'UCSF.

Les infections pulmonaires sont particulièrement fréquentes dans ce groupe, touchant jusqu'à 40 % des patients pédiatriques HCT. Lorsque les enfants souffrant de lésions pulmonaires liées à une infection doivent être placés sous ventilateurs, les taux de mortalité approchent les 50 %.

“Mais avec des centaines de types potentiels d'agents pathogènes envahissant les poumons, comment les médecins qui prescrivent des tests traditionnels savent-ils qu'ils testent les bons ?” a déclaré DeRisi, auteur principal de l'étude. “La technologie de séquençage métagénomique que nous avons utilisée dans cette étude est impartiale et sans hypothèse : vous ne devinez pas quels organismes sont présents dans un échantillon.”

Comme alternative aux méthodes de diagnostic traditionnelles qui ciblent des organismes spécifiques, tels que la culture, DeRisi, Zinter et leurs collègues du Consortium de transplantation pédiatrique et de thérapie cellulaire se sont tournés vers le mNGS. Les chercheurs ont d’abord obtenu du liquide provenant des poumons des participants à l’étude et ont séquencé l’ARN total dans chaque échantillon pour détecter chaque type de micro-organisme présent, sans se soucier de savoir s’ils sont pathogènes.

Lorsque les chercheurs ont téléchargé ces données de séquençage sur Chan Zuckerberg ID, une plateforme métagénomique gratuite basée sur le cloud, ils ont été surpris de découvrir que plusieurs micro-organismes autres que les bactéries et les virus étaient présents, notamment Toxoplasma gondii, un parasite présent dans les excréments de chat ; Acanthamoeba, une amibe trouvée dans le sol ; et les champignons Cryptococcus et Pneumocystis.

“Les infections pulmonaires chez les patients HCT sont complexes : elles peuvent être causées par des microbes courants, mais également par des microbes très rares et peu courants”, a déclaré Zinter. “Nous avons découvert des organismes dont les médecins traitant ces patients ne sont probablement même pas conscients, car il n'existe actuellement aucun test clinique efficace disponible pour eux.”

Le point idéal

Sur la base de la composition du microbiome des poumons des patients, les chercheurs ont classé les participants en quatre groupes et ont déterminé les résultats cliniques pour chaque groupe. Les patients du groupe associé à la mortalité la plus élevée, dont les poumons présentaient une inflammation et des lésions cellulaires, ont montré une diminution globale significative des espèces microbiennes dans leur microbiome pulmonaire, mais il y avait des populations évidentes de Staphylococcus et de virus.

“Il existe un équilibre délicat entre le microbiome qui s'épanouit si grand qu'il représente une infection, ou se contracte au point qu'il est épuisé et inexistant”, a déclaré Zinter. “C'est comme l'analogie de Boucle d'or : le juste milieu semble être juste.”

En bref, a déclaré Zinter, plus l’environnement immunitaire dans les poumons est anormal, plus les microbiomes pulmonaires découverts dans l’étude sont anormaux et plus le taux d’infections est élevé.

Les chercheurs ont également découvert un lien étroit entre le traitement aux antibiotiques et la déplétion bactérienne, accompagnée d’un enrichissement des communautés de virus et de champignons. Étant donné que les patients les plus malades ont tendance à recevoir davantage d’antibiotiques, il n’est pas simple de démêler les causes microbiennes de mortalité, ont-ils déclaré.

“La métagénomique est une voie réaliste pour améliorer les résultats pour les enfants après une HCT”, a déclaré DeRisi. “Elle offre une multitude d'informations en temps réel sur ce qui se passe chez ces patients, afin que leurs médecins puissent prendre des décisions qui sauvent des vies.”

Fourni par Chan Zuckerberg Biohub