Etude des microbiotes humains et la culture des bactéries fastidieuses

Equipe 1 UMR D-258, Microbes, Evolution, Phylogénie et Infection (MEPHI)
Aix-Marseille Université (AMU), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)

Chefs d’équipes :
  • RAOULT Didier
  • MEDIANNIKOV Oleg
Membres
  • BREGEON Fabienne
  • DAVOUST Bernard
  • EDOUARD Sophie
  • LAGIER Jean-Chirstophe
  • MERHEJ Vicky
  • MILLION Matthieu
  • La culturomics :

Depuis 2010, l’équipe a développé une nouvelle technique d’étude du microbiote humain intitulé microbial culturomics (1-5). En effet, l’ensemble des études du microbiote utilisaient des techniques de séquençage à haut débit. Malgré d’indéniables progrès ces études sont associées à de nombreux biais (biais d’amorces, biais de profondeur….) expliquant la non reproductibilité de ces études d’une équipe à l’autre (1). Microbial culturomics a proposé de multiplier les conditions de culture en utilisant la spectrométrie de masse (MALDI-TOF MS) afin d’identifier les colonies. En testant plus d’1 millions de colonies par MALDI-TOF à partir de plus de 900 prélèvements du tube digestif humain, nous avons cultivé plus de 1170 espèces bactériennes dont 247 nouvelles espèces ce qui correspond à une augmentation de 20% des espèces connues du tube digestif (2). L’ensemble des nouvelles espèces fait l’objet d’une description par taxonogenomics (incluant outre les caractéristiques phénotypiques habituelles, le spectre MALDI-TOF ainsi que le séquençage du génome). De plus, nous avons créé un nouveau format de description des nouvelles espèces intitulé « new species announcement » qui permet de délivrer rapidement à la communauté scientifique les principales caractéristiques, le numéro de dépôt de souche dans une collection internationale et le numéro de dépôt de la séquence 16S du nouveau microorganisme (1). Nous avons des travaux en cours étudiant les microbiotes respiratoires, urinaires, cutanés ou du lait maternel.

La culture demeure un élément indispensable à toute recherche en microbiologie et maladies infectieuses (5). Ainsi, outre l’augmentation du répertoire des bactéries du microbiote, culturomics a permis diverses applications. D’une part, certaines de ces nouvelles bactéries ont été détectées dans notre laboratoire de microbiologie clinique dans des situations d’infections (6). D’autre part, certaines souches de notre collection cultivées par culturomics ont été utiles aux projets développés par une équipe de l’Institut Gustave Roussy dans leurs travaux sur les rapports entre le microbiote et l’efficacité des traitements immunomodulateurs du cancer (7).

  • Microbiote et nutrition

La nutrition est un déterminant majeur du microbiote humain. Notre équipe a d’abord étudié les liens entre altération du microbiote et obésité. Nous avons pour la première fois montré une diminution des Archées méthanogènes, des Bifidobacterium dont B. animalis, et de Lactobacillus casei dans l’obésité (8). Ces 2 espèces (L. casei, B. animalis) sont particulièrement pertinentes en nutrition car il s’agit des 2 espèces les plus souvent commercialisées comme probiotiques dans le monde. Inversement, nous avons retrouvé qu’une espèce de Lactobacillus : L. reuteri, était associée à l’obésité (8).

L’étude des altérations du microbiote dans la malnutrition aiguë sévère nous a permis de mettre en évidence une perte des microbes anaérobies et des Archées méthanogènes (9). Nous avons pu mettre cela en relation avec une altération des conditions physico-chimiques dans le tube digestif avec une augmentation du potentiel redox (oxydation du contenu digestif). Il est possible que cette oxydation, probablement associée à un déficit en anti-oxydants dans l’alimentation et responsable d’un stress oxydatif, entraine une perte irréversible de certains microbes digestifs bénéfiques pour l’enfant. Dans un deuxième temps, nous avons identifié quelles étaient les bactéries perdues par Microbial Culturomics, et avons proposé un cocktail probiotique de 13 espèces contenant 5 bactéries lactiques (Bifidobacterium adolescentis, Lactobacillus parabuchneri, L. perolens, L. vaccinostercus et Weisselle confusa) mais aussi des anaérobies producteurs du butyrate (10). Ce cocktail pourrait être proposé pour le traitement des cas de malnutrition aiguë sévère réfractaire au régime thérapeutique seul.

Plus globalement, l’étude des altérations du microbiote dans la malnutrition aiguë sévère a permis de faire le lien entre micro-environnement physicochimique (redox) et altération globale du microbiote. La mise en évidence de ce lien a permis de démontrer que la culture des anaérobies et des archées méthanogènes en coculture était possible en présence d’oxygène (aérobiose) pourvu que le milieu soit supplémenté par une association d’antioxydants : l’acide ascorbique, l’acide urique et le glutathion (11). Cela ouvre des pistes majeures pour l’étude, le diagnostic et le traitement des maladies associées au microbiote : le contrôle du stress oxydatif digestif, notamment par les anti-oxydants, devrait permettre le développement du microbiote sain anaérobie mature, clé de la santé humaine (12).

  • Culture des bactéries fastidieuses

Un des axes de recherche de l’équipe 1 vise la culture des bactéries pathogènes de l’homme ou des animaux dites « difficiles » ou « fastidieuses », notamment les bactéries obligatoirement ou facultativement intracellulaires, ainsi que les bactéries avec la croissance lente ou bien les bactéries considérées jusqu’alors comme »non-cultivables ». Les exemples incluent les Rickettsiales (Rickettsiaceae et Anaplasmataceae), les Spirochaetes, les Mycobactéries, les Actinomycetes etc. L’équipe mène des travaux sur l’amélioration de méthodes de culture de ces pathogènes: la formulation de nouveau milieux de culture et l’adaptation de protocoles de culture. Parmi les challenges sont l’adaptation des Spirochaetes et T. whipplei sur le milieu solide, isolement de Wolbachiae et les Anaplasmataceae non-cultivables et les études de rôles de bactéries « fastidieuses » dans la pathologie de vertébrés.

  • culturomics
  • Microbiote et nutrition
  • Culture des bactéries fastidieuses

 

  1. Lagier JC, Dubourg G, Million M, Cadoret F, Bilen M, Fenollar F, Levasseur A, Rolain JM, Fournier PE, Raoult D. Culturing the human microbiota and culturomics. Nat Rev Microbiol. 2018 May 1:540-550. doi: 10.1038/s41579-018-0041-0.
  2. Lagier JC, Khelaifia S, Alou MT, Ndongo S, Dione N, Hugon P, Caputo A, Cadoret F, Traore SI, Seck EH, Dubourg G, Durand G, Mourembou G, Guilhot E, Togo A, Bellali S, Bachar D, Cassir N, Bittar F, Delerce J, Mailhe M, Ricaboni D, Bilen M, Dangui Nieko NP, Dia Badiane NM, Valles C, Mouelhi D, Diop K, Million M, Musso D, Abrahão J, Azhar EI, Bibi F, Yasir M, Diallo A, Sokhna C, Djossou F, Vitton V, Robert C, Rolain JM, La Scola B, Fournier PE, Levasseur A, Raoult D. Culture of previously uncultured members of the human gut microbiota by culturomics. Nat Microbiol. 2016 Nov 7;1:16203. doi: 10.1038/nmicrobiol.2016.203.
  3. Lagier JC, Armougom F, Million M, Hugon P, Pagnier I, Robert C, Bittar F, Fournous G, Gimenez G, Maraninchi M, Trape JF, Koonin EV, La Scola B, Raoult D. Microbial culturomics: paradigm shift in the human gut microbiome study. Clin Microbiol Infect. 2012 Dec;18(12):1185-93. doi: 10.1111/1469-0691.12023.
  4. Lagier JC, Hugon P, Khelaifia S, Fournier PE, La Scola B, Raoult D. The rebirth of culture in microbiology through the example of culturomics to study human gut microbiota. Clin Microbiol Rev. 2015 Jan;28(1):237-64. doi: 10.1128/CMR.00014-14.
  5. Lagier JC, Edouard S, Pagnier I, Mediannikov O, Drancourt M, Raoult D. Current and past strategies for bacterial culture in clinical microbiology. Clin Microbiol Rev. 2015 Jan;28(1):208-36. doi: 10.1128/CMR.00110-14. Review.
  6. Dubourg G, Baron S, Cadoret F, Couderc C, Fournier PE, Lagier JC, Raoult D. From Culturomics to Clinical Microbiology and Forward. Emerg Infect Dis. 2018 Sep;24(9):1683-1690. doi: 10.3201/eid2409.170995.
  7. Routy B, Le Chatelier E, Derosa L, Duong CPM, Alou MT, Daillère R, Fluckiger A, Messaoudene M, Rauber C, Roberti MP, Fidelle M, Flament C, Poirier-Colame V, Opolon P, Klein C, Iribarren K, Mondragón L, Jacquelot N, Qu B, Ferrere G, Clémenson C, Mezquita L, Masip JR, Naltet C, Brosseau S, Kaderbhai C, Richard C, Rizvi H, Levenez F, Galleron N, Quinquis B, Pons N, Ryffel B, Minard-Colin V, Gonin P, Soria JC, Deutsch E, Loriot Y, Ghiringhelli F, Zalcman G, Goldwasser F, Escudier B, Hellmann MD, Eggermont A, Raoult D, Albiges L, Kroemer G, Zitvogel L.Gut microbiome influences efficacy of PD-1-based immunotherapy against epithelial tumors. 2018 Jan 5;359(6371):91-97. doi: 10.1126/science.aan3706. Epub 2017 Nov 2.
  8. Million M, Angelakis E, Maraninchi M, et al. Correlation between body mass index and gut concentrations of Lactobacillus reuteri, Bifidobacterium animalis, Methanobrevibacter smithii and Escherichia coli. Int J Obes (Lond). 2013 Nov;37(11):1460-6.
  9. Million M, Tidjani Alou M, Khelaifia S, et al. Increased gut redox and depletion of anaerobic and methanogenic prokaryotes in severe acute malnutrition. Sci Rep. 2016 May 17;6:26051.
  10. Tidjani Alou M, Million M, Traore SI, et al. Gut bacteria missing in severe acute malnutrition, can we identify potential probiotics by culturomics? Front Microbiol. 2017 May 23;8:899.
  11. Khelaifia S, Lagier JC, Nkamga VD, Guilhot E, Drancourt M, Raoult D. Aerobic culture of methanogenic archaea without an external source of hydrogen. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2016 Jun;35(6):985-91.
  12. Million M, Diallo A, Raoult D. Gut microbiota and malnutrition. Microb Pathog. 2017 May;106:127-138
  13. Niang EHA, Bassene H, Makoundou P, Fenollar F, Weill M, Mediannikov O. First report of natural Wolbachia infection in wild Anopheles funestus population in Senegal. Malar J. 2018 Nov 6;17(1):408. doi: 10.1186/s12936-018-2559-z.
  14. Diop A, Barker SC, Eberhard M, Barker D, Nguyen TT, Di Pinto F, Raoult D, Mediannikov O Rickettsia fournieri sp. nov., a novel spotted fever group rickettsia from Argas lagenoplastis ticks in Australia. Int J Syst Evol Microbiol. 2018 Oct 11. doi: 10.1099/ijsem.0.003057.
  15. Amanzougaghene N, Akiana J, Mongo Ndombe G, Davoust B, Nsana NS, Parra HJ, Fenollar F, Raoult D, Mediannikov O.  Head Lice of Pygmies Reveal the Presence of Relapsing Fever Borreliae in the Republic of Congo. PLoS Negl Trop Dis. 2016 Dec 2;10(12):e0005142. doi: 10.1371/journal.pntd.0005142. eCollection 2016 Dec.
  16. Angelakis E, Mediannikov O, Jos SL, Berenger JM, Parola P, Raoult D. Candidatus Coxiella massiliensis Infection. Emerg Infect Dis. 2016 Feb;22(2):285-8. doi: 10.3201/eid2202.150106.
  17. Ehounoud CB, Yao KP, Dahmani M, Achi YL, Amanzougaghene N, Kacou N’Douba A, N’Guessan JD, Raoult D, Fenollar F, Mediannikov O. Multiple Pathogens Including Potential New Species in Tick Vectors in Côte d’Ivoire.  PLoS Negl Trop Dis. 2016 Jan 15;10(1):e0004367. doi: 10.1371/journal.pntd.0004367. eCollection 2016 Jan

Top Publications

  • Lagier JC, Dubourg G, Million M, Cadoret F, Bilen M, Fenollar F, Levasseur A, Rolain JM, Fournier PE, Raoult D. Culturing the human microbiota and culturomics. Nat Rev Microbiol. 2018 May 1:540-550. doi: 10.1038/s41579-018-0041-0.
  • Zitvogel L, Ma Y, Raoult D, Kroemer G, Gajewski TF. The microbiome in cancer immunotherapy: Diagnostic tools and therapeutic strategies. 2018 Mar 23;359(6382):1366-1370. doi: 10.1126/science.aar6918. Review.
  • Routy B, Le Chatelier E, Derosa L, Duong CPM, Alou MT, Daillère R, Fluckiger A, Messaoudene M, Rauber C, Roberti MP, Fidelle M, Flament C, Poirier-Colame V, Opolon P, Klein C, Iribarren K, Mondragón L, Jacquelot N, Qu B, Ferrere G, Clémenson C, Mezquita L, Masip JR, Naltet C, Brosseau S, Kaderbhai C, Richard C, Rizvi H, Levenez F, Galleron N, Quinquis B, Pons N, Ryffel B, Minard-Colin V, Gonin P, Soria JC, Deutsch E, Loriot Y, Ghiringhelli F, Zalcman G, Goldwasser F, Escudier B, Hellmann MD, Eggermont A, Raoult D, Albiges L, Kroemer G, Zitvogel L.Gut microbiome influences efficacy of PD-1-based immunotherapy against epithelial tumors. 2018 Jan 5;359(6371):91-97. doi: 10.1126/science.aan3706. Epub 2017 Nov 2.
  • Lagier JC, Khelaifia S, Alou MT, Ndongo S, Dione N, Hugon P, Caputo A, Cadoret F, Traore SI, Seck EH, Dubourg G, Durand G, Mourembou G, Guilhot E, Togo A, Bellali S, Bachar D, Cassir N, Bittar F, Delerce J, Mailhe M, Ricaboni D, Bilen M, Dangui Nieko NP, Dia Badiane NM, Valles C, Mouelhi D, Diop K, Million M, Musso D, Abrahão J, Azhar EI, Bibi F, Yasir M, Diallo A, Sokhna C, Djossou F, Vitton V, Robert C, Rolain JM, La Scola B, Fournier PE, Levasseur A, Raoult D. Culture of previously uncultured members of the human gut microbiota by culturomics. Nat Microbiol. 2016 Nov 7;1:16203. doi: 10.1038/nmicrobiol.2016.203.
  • Million M, Tidjani Alou M, Khelaifia S, et al. Increased gut redox and depletion of anaerobic and methanogenic prokaryotes in severe acute malnutrition. Sci Rep. 2016 May 17;6:26051.

Vous connecter avec vos identifiants

Vous avez oublié vos informations ?