Technion : comment un microbiote intestinal réagit aux modifications de l'habitat par inversion génétique réversible

[:fr]

Les chercheurs du Technion ont découvert comment un microbiote intestinal réagit aux modifications de l’habitat par inversion génétique réversible. Comment notre instinct réagit-il et s’adapte-t-il aux conditions changeantes ? D’où vient cette flexibilité fondamentale et critique ? Les scientifiques du Technion sont en train de démêler le génie du microbiome de l’intestin, par le biais du microbiote, jusqu’à l’inversion génétique.

La Professeure assistante Naama Geva-Zatorsky et l’étudiant en doctorat Nadav Ben-Assa de la Faculté de Médecine de Rappaport, en collaboration avec des scientifiques de l’Université de Harvard, ont décodé un mécanisme d’inversion génétique réversible qui aide une espèce bactérienne du microbiote intestinal à faire face aux changements de son habitat. Leurs conclusions sont publiées dans Nucleic Acids Research, une revue scientifique à comité de lecture d’Oxford University Press.

Le microbiote humain désigne l’ensemble des microbes (bactéries, virus, etc.) qui colonisent les surfaces internes et externes du corps humain. L’intestin humain contient la population de microbiote la plus abondante et la plus diverse.

Le microbiote intestinal fournit un mécanisme d’adaptation fondamental dans l’environnement dynamique de l’intestin, dans lequel des changements structurels, mécaniques et chimiques se produisent sans cesse. L’un des mécanismes qui aident le microbiote intestinal à fonctionner implique des changements rapides et réversibles dans le génome (ensemble du matériel génétique d’un organisme) en réponse à des stimuli externes.

L’article publié dans Nucleic Acids Research examine ce mécanisme chez l’une des espèces bactériennes les plus abondantes dans l’intestin humain : Bacteroides fragilis. Cette bactérie est capable d’inverser un grand nombre de régions définies tout au long de la séquence de son génome. Les chercheurs se sont concentrés sur la relation entre cette capacité et l’expression génétique de l’organisme.

L’équipe de recherche a examiné les expressions géniques de ces changements (recombinaison) et a trouvé des altérations importantes dans le génome bactérien.

« Entre autres choses, nous avons découvert des changements dans les sucres entourant la bactérie », a déclaré la Professeure Geva-Zatorsky. Ces sucres servent de « carte d’identité » qui aide la bactérie à communiquer avec l’environnement. Ces sucres aident également notre corps, ou plus précisément notre système immunitaire, à identifier le type de bactérie présent et à y répondre. C’est pourquoi nous supposons que les changements dans l’intestin modifient cette « carte d’identité », ce qui permet à nos cellules de répondre à la bactérie de différentes manières ».

Les chercheurs ont souligné qu’il s’agit d’inversions génétiques réversibles, basées sur la recombinaison de régions du génome dans un système majeur de l’organisme B. fragilis. Par conséquent, cette recombinaison a un effet important sur l’expression génétique de l’organisme, y compris sur diverses molécules vitales.

L’analyse génétique a été réalisée à l’aide du séquençage SMRT (Single Molecule Real-Time) – une technologie innovante de Pacific Biosciences (PacBio) développée au cours de la dernière décennie. Cette technologie permet le séquençage à longue distance et la cartographie des molécules d’ADN, ainsi que la détection des modifications épigénétiques de l’ADN. Dans le système qui a fait l’objet de la recherche, la recombinaison génétique a affecté les modifications génétiques et, par conséquent, l’expression du gène de B. fragilis dans son intégralité. Le système peut également détecter des éléments hostiles tels que les bactériophages, et c’est l’objet d’une nouvelle étude de recherche qui est maintenant en cours en laboratoire.

L’étude a été soutenue par le Fonds du Président du Technion, les bourses Alon, la Fondation Scientifique d’Israël, la Fondation de la famille Applebaum, les bourses Gutwirth et Human Frontiers.

Publication dans Nucleic Acids Research 12 Octobre 2020

Source Technion France

[:en]

Technion researchers have discovered how a gut microbiota deals with changes in habitat through reversible genetic inversion.

How does our gut respond and adapt to changing conditions? Where does this fundamental and critical flexibility come from? Technion scientists are unraveling the genius of the gut’s microbiome, through microbiota, all the way to genetic inversion.

Assistant Professor Naama Geva-Zatorsky and doctoral student Nadav Ben-Assa of the Rappaport Faculty of Medicine, in collaboration with scientists from Harvard University, have decoded a reversible genetic inversion mechanism that helps a bacterial species of the gut microbiota deal with changes in its habitat. Their findings are published in Nucleic Acids Research, a peer-reviewed scientific journal of Oxford University Press.

The human microbiota refers to the collection of microbes (bacteria, viruses, etc. ) that colonize the inner and outer surfaces of the human body. The human intestine contains the most abundant and diverse microbiota population.

Gut microbiota provide a fundamental coping mechanism within the dynamic environment of the gut, in which structural, mechanical, and chemical change occurs incessantly. One mechanism that helps the gut microbiota perform involves rapid, reversible changes in genomes in response to external stimuli.

The article published in Nucleic Acids Research discusses this mechanism in one of the most abundant bacterial species in the human gut, Bacteroides fragilis. This bacterium is capable of inverting a large number of defined regions throughout its genome sequence. The researchers focused on the relationship between this capability and the organism’s gene expression.

The research team examined the gene expressions of these changes (recombination) and found extensive alterations in the bacterial genome.

“Among other things, we discovered changes in the sugars surrounding the bacterium,” said Prof. Geva-Zatorsky. “These sugars serve as a kind of ‘identity card’ that helps the bacterium communicate with the environment. With these sugars, they also help our bodies, or more precisely, our immune system, to identify the type of bacterium present, and to respond to it. This is why we assume that changes in the gut alter that ‘identity card,’ which enables our cells to respond to the bacterium in different ways.”

The researchers emphasized that these are reversible genetic inversions, based on recombination of regions in the genome in a major system in the B. fragilis organism. Consequently, this recombination has an extensive effect on the organism’s gene expression, including various vital molecules.

Genetic analysis was performed using SMRT (single molecule real-time) sequencing – an innovative technology from Pacific Biosciences (PacBio) developed in the past decade. The technology enables the long-range sequencing and mapping of DNA molecules, as well as the detection of epigenetic DNA modifications. In the system that was researched, genetic recombination affected genetic modifications and consequently the gene expression of B. fragilis in its entirety. The system can also detect hostile elements such as bacteriophages, and this is the subject of a new research study that is now underway in the laboratory.

The study was supported by the Technion President’s Fund, the Alon Fellowships, The Israel Science Foundation, the Applebaum Family Foundation, the Gutwirth Fellowships, and Human Frontiers.

Publication in Nucleic Acids Research 12 October 2020

[:]