La métagénomique fonctionnelle : un outil puissant pour découvrir de nouvelles molécules d’intérêt thérapeutique et décoder les interactions bactéries-cellules intestinales
Les actions des bactéries intestinales restent encore mal définies à ce jour. Or mieux connaître ces bactéries et leur fonction est devenu un enjeu majeur, avec l’ambition de pouvoir les utiliser pour améliorer notre santé et notre bien-être. La compréhension des mécanismes par lesquels le microbiote intestinal interagit avec nos cellules est essentielle afin d’identifier les gènes et métabolites bactériens impliqués dans ce dialogue. D’un côté, les métabolites identifiés peuvent constituer de nouvelles cibles à potentiel thérapeutique. D’un autre côté, les éventuels récepteurs ou voies de signalisation identifiés chez l’hôte peuvent représenter des cibles pour de nouveaux anticorps médicaments ou des molécules pharmacologiques. Un des défis technologiques pour décoder ces interactions bactéries-cellules intestinales est la difficulté à cultiver les bactéries présentes dans notre microbiote intestinal. Celles cultivables en laboratoire n’en représentent qu’une faible partie. Ces bactéries intestinales sont en effet très sensibles au dioxygène, néfaste pour elles, quasiment absent dans notre côlon.
Pour décoder ces interactions, MetaGenoPolis-INRAE a mis en place une technologique de pointe nommée métagénomique fonctionnelle. La métagénomique fonctionnelle permet de mieux comprendre la fonction de chacune des bactéries du microbiote intestinal, de décoder les interactions hôte-microbiote et d’identifier des nouvelles molécules/cibles d’intérêt thérapeutique sans culture préalable. Elle permet ainsi de se rapprocher au mieux des interactions qui existent entre bactéries et cellules intestinales dans le milieu naturel.
En quoi cela consiste d’un point de vue technique ?
La (méta)génomique fonctionnelle est basée sur un ensemble de technologies de criblage à haut débit.
Elle cible l’ensemble des gènes présents dans un génome bactérien ou dans un échantillon plus complexe tel qu’un échantillon de selles. L’ADN est extrait puis fragmenté en morceaux de 40kb. Chaque insert métagénomique de 40 kb est cloné et intégré dans une bactérie facilement cultivable (par exemple Escherichia coli).
Des banques de clones métagénomiques, de 20 000 à 70 000 clones, sont alors obtenues. Des criblages à haut débit sont ensuite mis au point dans le but d’identifier des gènes portant la fonction recherchée. Les clones sont ainsi mis en présence de cellules humaines afin d’identifier les voies métaboliques activées. Les clones positifs, porteurs de la séquence génomique d’intérêt, sont séquencés dans l’objectif d’identifier les gènes et de connaître de quelle bactérie est issu l’insert métagénomique. Le nombre de clones à tester étant important, une approche à haut débit est utilisée concernant la croissance et lyse des clones métagénomiques, la culture cellulaire, le traitement et l’analyse des données obtenues.
L’ensemble des échantillons étudiés a permis de produire au sein de MetaGenoPolis-INRAE 18 banques métagénomiques issues entre autre de selles de donneurs sains, de patients atteints de maladie de Crohn ou souffrant d’obésité soit au total 575 000 clones prêts à être testés.
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