Analyse intégrée des données de microbiome et de transcriptome révélant l'interaction dynamique entre l'hôte et les communautés microbiennes.

Dans la quête de comprendre l'interaction complexe entre les organismes et leur environnement, les chercheurs ont de plus en plus tourné leur attention vers l'investigation conjointe des transcriptomes et des microbiomes. Cette approche de pointe vise à éclairer les relations dynamiques entre les organismes hôtes et les diverses communautés microbiennes qui résident en eux. En intégrant l'transcriptomique et l'analyse du microbiome, les scientifiques sont désormais en mesure d'explorer les mécanismes moléculaires sous-jacents à ces interactions, menant à des découvertes révolutionnaires dans divers domaines, de la santé et des maladies à l'écologie et au-delà.

Intégration de différentes méthodes et ensembles de données omiques. (Bisht ET AL., 2021)

Comment réaliser une analyse conjointe du transcriptome et du microbiome ?

Réaliser une recherche conjointe sur le transcriptome et le microbiome implique d'examiner les mécanismes régulateurs intrinsèques du phénotype à la fois du point de vue des gènes hôtes et de la communauté bactérienne. Le transcriptome cible principalement les gènes exprimés de manière différentielle et les voies fonctionnelles au niveau des gènes hôtes, tandis que le microbiome se concentre sur l'analyse de l'impact des changements dans le phénotype/santé de l'hôte sur l'équilibre de la communauté bactérienne et vice versa. En combinant ces approches, la relation entre le phénotype de l'hôte et le microbiome peut être explorée de manière exhaustive.

Points d'attention pour la recherche conjointe sur le transcriptome et le microbiome :

• Sélection des échantillons : Choisissez des échantillons appropriés en fonction des objectifs de recherche. Pour la recherche sur le microbiome, considérez la diversité microbienne, ce qui conduit à une sélection d'échantillons plus large. Pour la recherche sur le macro-génome, optez pour des échantillons avec un contenu hôte plus faible afin de minimiser l'interférence de l'hôte et d'assurer la qualité des données.
• Réplicats biologiques : Pour obtenir des résultats fiables, utilisez un nombre suffisant d'échantillons dans les analyses de transcriptome et de microbiome. Visez au moins 3 à 5 échantillons par groupe pour chaque analyse. Si vous réalisez une analyse d'association histologique, maintenez une correspondance un à un entre les échantillons de transcriptome et de microbiome, en veillant à avoir le même nombre d'échantillons dans chaque groupe (≥30 cas/groupe pour les échantillons cliniques et ≥15 cas/groupe pour l'analyse WGCNA).
• Conservation des échantillons : Si vous utilisez le même échantillon pour les études de transcriptome et de microbiome, divisez l'échantillon en deux parties et conservez-les à -80°C. Pour les échantillons précieux, il est conseillé de garder un échantillon de sauvegarde pour référence future.

Dans la recherche conjointe, il est également crucial de corréler les gènes exprimés de manière différentielle/les voies fonctionnelles avec des flores bactériennes spécifiques pour identifier les microorganismes clés qui régulent l'expression des gènes hôtes ou les gènes hôtes clés influençant l'équilibre des flores clés. Pour établir des relations causales entre les gènes hôtes et la flore, des expériences telles que la transplantation de microbiote fécal (FMT) peuvent être réalisées. En suivant ces directives, les chercheurs peuvent obtenir des informations précieuses sur les interactions complexes entre le transcriptome, le microbiome et le phénotype/santé de l'hôte.

Investigation de la toxicité neurocomportementale chez les poissons induite par les micro/nanoplastiques

La toxicité neurocomportementale induite par les micro/nanoplastiques chez le poisson, Ctenopharyngodon idellus, a été explorée du point de vue de l'« axe intestin-cerveau ». Le séquençage de la diversité microbienne de l'intestin des poissons a révélé des altérations dans les espèces potentielles sécrétant des neurotransmetteurs, avec une augmentation de l'abondance des Clostridia et des Bacillus en présence de nanoparticules (NPs) et une diminution de l'abondance en présence de microfibres (MFs). Le séquençage du transcriptome des tissus cérébraux des poissons a identifié des voies enrichies liées aux interactions ligand-récepteur neuroactives et aux synapses 5-hydroxytryptaminergiques dans les groupes NPs et MFs, tandis que les voies synaptiques dopaminergiques n'étaient enrichies que dans le groupe MFs. Ces résultats suggèrent un nouveau mécanisme de neurotransmetteur par lequel les micro/nanoplastiques peuvent induire une toxicité comportementale à travers l'axe cerveau-intestin-microbiote, sans impliquer d'analyse histologique conjointe.

Analyse comparative des transcriptomes et microbiomes racinaires chez le blé tolérant à la salinité

Les chercheurs présentent une comparaison complète des transcriptomes et microbiomes racinaires entre la lignée d'introgression de blé tolérant à la salinité SR4 (dérivée d'un croisement somatique entre le blé et le ray-grass) et sa variété parentale de blé JN177. L'étude visait à comprendre les mécanismes de régulation de l'expression génique liés à l'architecture microbienne racinaire dans JN177 et SR4. Grâce à l'analyse conjointe des données de transcriptome et de diversité microbienne, des modules de co-expression dans des sols normaux et salins ont été identifiés à l'aide de l'analyse de réseau de co-expression génique pondérée (WGCNA). Les gènes centraux au sein de ces modules ont également été caractérisés. De plus, l'article a examiné la relation entre les valeurs de gènes caractéristiques des modules et les différents taxons microbiens enrichis. En outre, des gènes régulant le microbiome racinaire du blé sous stress salin ont été identifiés.

Diversité microbienne et analyse du transcriptome dans la muqueuse colique des patients atteints de mucoviscidose

Les chercheurs ont exploré les changements dans l'expression génique et la composition florale dans la muqueuse colique des patients atteints de mucoviscidose (CF) en utilisant le séquençage de la diversité microbienne et du transcriptome. En analysant les interactions hôte-microbe, l'étude a suggéré que ces interactions pourraient jouer un rôle crucial dans la pathogenèse du cancer colorectal chez les patients atteints de CF. L'investigation a utilisé des cartes de chaleur de corrélation, des diagrammes de réseau de corrélation et d'autres méthodes pour comprendre les associations entre l'expression génique et la composition microbienne. Ces résultats fournissent des biomarqueurs potentiels pour prédire le risque de cancer colorectal chez les patients atteints de CF.

Références :

1. Bisht, Vartika, et al. "L'intégration des données du microbiome, du métabolome et de la transcriptomique a identifié une nouvelle régulation des voies métaboliques dans le cancer colorectal." International journal of molecular sciences 22.11 (2021) : 5763.
2. Fyhrquist, Nanna, et al. "Interaction microbe-hôte dans la dermatite atopique et le psoriasis." Nature communications 10.1 (2019) : 4703.
3. Hou, Shiji, et al. "Un circuit microbiote-racine-tige favorise la croissance d'Arabidopsis par rapport à la défense sous une lumière suboptimale." Nature Plants 7.8 (2021) : 1078-1092.