Les informations sur le microbiome trouvées dans les excréments aident à prédire les infections chez les patients transplantés hépatiques

Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l’Université de Chicago ont pu prédire les infections postopératoires chez les patients transplantés hépatiques en analysant les molécules présentes dans leurs selles. Leur analyse représente un grand pas en avant dans l’exploration du lien entre le microbiome intestinal – les bactéries qui habitent le corps humain – et la santé globale.

“La résistance aux antibiotiques augmente chaque année et s'aggrave. Sans antibiotiques efficaces, nous ne pouvons pas faire des choses comme effectuer des interventions chirurgicales, protéger les prématurés ou traiter le cancer”, a déclaré Christopher Lehmann, MD, professeur adjoint de médecine à UChicago Medicine et responsable auteur de l'étude. “Il s'avère que le microbiome humain, en particulier le microbiome intestinal, s'est adapté pour combattre les bactéries résistantes aux médicaments au cours de l'histoire. Nous devons essayer de comprendre comment cela fonctionne pour combattre ces infections résistantes aux médicaments.”

Les patients transplantés hépatiques sont particulièrement sensibles aux infections résistantes aux médicaments. Lehmann et ses collègues chercheurs ont donc analysé des échantillons fécaux provenant de plus de 100 patients transplantés hépatiques pour voir si le microbiome pourrait influencer leur risque d'infection.

Microbiomes sains ou malsains

Les chercheurs ont découvert un large éventail de compositions du microbiome chez différents patients.

“Un microbiome sain serait composé de plus d'un billion de cellules bactériennes, avec des milliers d'espèces uniques, comme une forêt tropicale diversifiée”, a expliqué Lehmann. “Certains patients voient tout cet écosystème anéanti. Ils ont encore plus d'un billion de cellules, mais il n'y a qu'une seule espèce bactérienne, généralement une mauvaise espèce résistante aux médicaments. Ce serait comme couper à blanc la forêt tropicale et ne planter qu'une seule espèce. espèces de mauvaises herbes nuisibles.

Les chercheurs ont découvert que des microbiomes sains produisent plusieurs métabolites clés, qui sont des molécules produites par la digestion ou d’autres processus chimiques au sein d’un organisme. Ces métabolites comprennent des acides gras à chaîne courte, bénéfiques pour les hôtes humains, ainsi que des acides biliaires secondaires produits lorsque les bactéries modifient les acides biliaires humains pour répondre à leurs propres besoins.

Il s’est avéré que dans un microbiome diversifié, ces besoins incluent la lutte contre les bactéries résistantes aux médicaments. Certains acides biliaires sont hautement toxiques pour les bactéries telles que les entérocoques résistants à la vancomycine (ERV), un type de bactérie résistante aux antibiotiques qui provoque fréquemment des infections chez les patients ayant subi une intervention chirurgicale, un traitement contre le cancer ou des soins intensifs.

Le pouvoir prédictif des crottes

Ensuite, les chercheurs ont examiné leurs données pour voir s’il existait une corrélation entre la composition du microbiome et les infections postopératoires.

“Il s'est avéré que la quantité d'agents pathogènes résistants aux médicaments dans le microbiome permettait de prédire les infections postopératoires avec une précision que nous recherchons normalement dans un test clinique”, a déclaré Lehmann.

L’équipe est ensuite allée encore plus loin. Plutôt que de séquencer les génomes pour identifier des espèces bactériennes spécifiques, ils ont décidé d'examiner uniquement les métabolites présents dans les excréments des patients pour voir si ces molécules offraient la même valeur prédictive. Les métabolites à eux seuls leur ont permis de trier les patients en deux catégories : les microbiomes sains et les microbiomes malsains. En franchissant le dernier pas analytique, les scientifiques ont découvert qu'ils pouvaient utiliser les métabolites pour prédire si un patient contracterait une infection.

“Nous pouvons passer directement des métabolites à la prédiction d'un résultat clinique”, a déclaré Lehmann. “C'est important car l'analyse métabolomique peut être réalisée très rapidement, alors que le séquençage est relativement lent.”

L’algorithme analytique est actuellement très compliqué et nécessiterait une validation approfondie avant d’être utilisé comme test diagnostique ou prédictif dans la pratique clinique. Cependant, ces résultats jettent les bases de futures études qui pourraient consolider le lien entre l’infection et les métabolites présents dans les excréments, ainsi qu’explorer les relations causales potentielles.

La prochaine étape : réparer les microbiomes pour prévenir l’infection

“La prochaine étape de cette recherche consistera à déterminer si nous pouvons utiliser ces résultats pour corriger les microbiomes humains”, a déclaré Lehmann. Les patients qui ont des microbiomes intestinaux malsains et monospécifiques et qui présentent un risque élevé d'infection pourraient potentiellement recevoir des bactéries intestinales saines provenant de sources externes et restaurer la production de métabolites sains, y compris des molécules comme les acides biliaires secondaires qui peuvent aider à se protéger contre les infections résistantes aux médicaments.

En 2023, la FDA a approuvé deux produits de restauration du microbiome. “La restauration du microbiome n'est pas dans un avenir lointain ; elle est déjà dans le présent”, a déclaré Lehmann.

La division des sciences biologiques d'UChicago dispose déjà d'une biobanque contenant des milliers de bactéries, qui ont toutes été analysées et classées en fonction de leur génome et des métabolites qu'elles produisent. UChicago construit une installation conforme aux bonnes pratiques de fabrication (BPF) qui permettra aux scientifiques de produire, filtrer et lyophiliser les principales bactéries intestinales dérivées de donneurs sains et de les conditionner dans des capsules de qualité pharmaceutique que les gens peuvent prendre comme des pilules.

“Nous avons déjà créé une poignée de cocktails de bactéries absentes chez les patients ayant obtenu de mauvais résultats, mais présentes chez les patients ayant obtenu de bons résultats”, a déclaré Lehmann. “Ces bactéries peuvent travailler ensemble pour fabriquer les métabolites qui manquaient chez les patients infectés, puis elles peuvent habiter l'intestin et théoriquement se défendre contre de futurs résultats négatifs.”

Chez les patients ayant reçu un traitement antibiotique à large spectre, ces capsules pourraient être utilisées pour repeupler les bactéries intestinales saines qui ont été éliminées. Chez les patients présentant un risque élevé d’infections bactériennes résistantes aux médicaments, la supplémentation en métabolites de leur microbiome peut leur apporter une certaine protection.

“Nous avons perdu la bataille contre plusieurs bactéries résistantes aux médicaments, nous avons donc désespérément besoin de plus d'armes”, a déclaré Lehmann. « Comprendre le microbiome, tester sa santé et restaurer le microbiome sont tous de nouveaux outils cruciaux que nous pouvons ajouter à notre arsenal. »

L'étude intitulée « Le profilage des métabolites fécaux identifie les receveurs de greffe du foie présentant un risque d'infection postopératoire » a été publiée dans Hôte cellulaire et microbe en décembre 2023. Les co-auteurs incluent Nicholas P. Dylla, Matthew Odenwald, Ravi Nayak, Maryam Khalid, Jaye Boissiere, Jackelyn Cantoral, Emerald Adler, Matthew R. Stutz, Mark Dela Cruz, Angelica Moran, Huaiying Lin, Anitha Sundararajan, Ashley M. Sidebottom, Jessica Cleary, Eric G. Pamer, Andrew Aronsohn, John Fung, Talia B. Baker et Aalok Kacha.