Le virome intestinal humain révèle une multitude de génomes de phages à ADN double brin.

Phages à ADN double brin

Cette riche communauté de bactériophages (phages) exerce une influence profonde sur la structure et la fonction du bactériome, principalement par le biais de la lyse bactérienne et du transfert de gènes. Cependant, l'impact des mutations du virome à l'échelle de la population reste largement inexploré.

Le groupe des entérovirus, dominé par les phages à ADN double brin, rivalise avec les populations bactériennes en nombre dans l'intestin humain. Parmi les membres notables de ces phages à ADN double brin, on trouve le crAssphage, le phage Lak et le Gubaphage/Flandersviridae. Leurs génomes offrent des informations précieuses sur leur potentiel fonctionnel, leurs caractéristiques biologiques uniques et leurs rôles écologiques dans l'intestin humain. D'importantes recherches ont été menées sur ces derniers. génomes de phages, et ils sont maintenant accessibles en plusieurs langues.

Dans une étude complète, ils ont collecté 4 198 échantillons de selles auprès de personnes japonaises (âgées en moyenne de 66,4 ± 12,6 ans) participant au programme 4D. Ces échantillons ont été soumis à séquençage de métagénome, et la collecte de données méticuleuse englobait des facteurs intrinsèques et extrinsèques tels que l'âge, le sexe, l'indice de masse corporelle, le mode de vie, les habitudes alimentaires, les maladies, les médicaments, et plus encore. Par la suite, ils ont utilisé un processus analytique innovant pour établir un catalogue de phages de haute qualité et ont réalisé des analyses approfondies.

L'investigation des entérovirus humains dérivés des métagénomes intestinaux de ces 4 198 individus a révélé une pléthore de haute qualité. génomes de phages à ADN double brinDe plus, grâce à des analyses de corrélation complètes impliquant divers facteurs hôtes et environnementaux, nous avons identifié de nombreux éléments intrinsèques et extrinsèques significativement associés à la structure des groupes viraux.

Établissement d'un catalogue robuste de génomes de phages dans une cohorte de microbiomes japonais

Dans leur étude, une approche novatrice a été introduite pour construire un génome phagique complet catalogue au sein d'une cohorte de microbiomes au Japon. Ce processus innovant s'appuie sur l'identification de caractéristiques spécifiques au génome des phages, le distinguant des outils de détection virale existants. Leurs résultats indiquent que bien que le taux de vrais positifs soit comparable ou légèrement inférieur à celui des méthodes alternatives, le taux de faux positifs est considérablement réduit, se chiffrant à seulement 0,4 %. Ces résultats suggèrent que leur approche est bien adaptée à la création de catalogues de phages de haute qualité avec une contamination par des séquences non-phages minimale.

Grâce à leurs efforts, ils ont réussi à identifier un total de 1 125 génomes de phages complets et 3 584 génomes de phages esquissés (comportant plus de 70 % de complétude) au sein d'une cohorte de 4 198 individus japonais. Un remarquable 59,9 % de ces génomes présentaient une haute qualité. Pour évaluer la couverture de ce catalogue par rapport aux phages à ADN double brin (dsDNA) dans l'intestin humain, un séquençage de particules virales (VLP) a été effectué sur 24 échantillons fécaux supplémentaires. Leurs résultats ont été trouvés en accord avec un autre catalogue de génomes de phages généré à l'aide du logiciel VIBRANT.

Ils ont utilisé des techniques de prédiction d'hôtes basées sur la région d'espacement CRISPR, qui ont révélé que les phages les plus répandus appartenaient à la Thickettsia, Anaplasmaet Phyla des Actinobactérieset au niveau du genre, leurs hôtes communs comprenaient Anaplasma, Ruminalococcus, Blautia, et Bifidobacterium. Une observation notable était qu'une portion significative de phages (71,1 %) infectait exclusivement un seul genre, les désignant comme des phages endémiques, tandis que d'autres présentaient une gamme d'hôtes plus large, capables d'infecter plusieurs genres, les classant ainsi comme des phages universels. Les tailles des génomes de phages au sein de la Mycobacterium, et Prevotella Le phylum des phages était relativement grand, en accord avec les variations de la taille du génome de l'hôte.

De plus, le regroupement des Unités Taxonomiques Opérationnelles virales (vOTUs) basé sur la proportion de protéines partagées dépassant 20 % a conduit à l'identification d'un total de 223 clusters représentant des familles de virus (VC) ou des sous-familles.

Aperçu des génomes de phages reconstruits à partir de 4198 métagénomes intestinaux humains. (Nishijima et al., 2022)

Identification de nouveaux clusters viraux abondants et prévalents dans l'intestin humain. (Nishijima et al., 2022)

Relations intimes entre les virus intestinaux et les bactéries

Lors de la comparaison des caractéristiques des virus et des bactéries recueillies auprès de 4 198 individus, une connexion profonde a émergé. Il y avait une corrélation positive significative entre leur diversité α et β, révélant une relation structurelle étroite entre les compositions virales et bactériennes dans l'intestin humain. Fait intéressant, il a été noté que les virus présentaient une diversité β considérablement plus élevée par rapport aux bactéries, ce qui implique que les virus possèdent une nature plus spécifique à chaque individu que les bactéries.

De manière intrigante, des corrélations un à un ont été découvertes entre l'abondance relative de chaque phage et son hôte prédit au niveau du genre parmi les 4 198 individus. Cette découverte suggère que les phages et leurs bactéries hôtes s'engagent dans une symbiose mutuellement bénéfique au sein de l'intestin humain. De plus, il a été observé que la corrélation entre les phages endémiques et leurs hôtes était significativement plus forte par rapport aux phages universels, mettant en lumière la spécificité de ces interactions.

Pour approfondir ces relations, une exploration des gènes antiviraux, y compris les systèmes CRISPR-Cas, a été réalisée. L'abondance de ces gènes a été quantifiée et leur corrélation avec la structure virologique a été examinée. Les résultats ont révélé une augmentation significative de l'indice de Shannon des virus dans les échantillons présentant une forte abondance de gènes de défense, dans les trois systèmes de défense procaryotes, par rapport aux échantillons avec une faible abondance de ces gènes de défense.

Interactions étroites entre le virome intestinal et le bactériome. (Nishijima et al., 2022)

Analyse complète des facteurs hôtes et environnementaux impactant la virologie

Dans leur exploration de la relation entre la structure des entérovirus et les aspects physiologiques et environnementaux de leurs hôtes, une série de découvertes intrigantes a émergé. L'âge s'est révélé être un facteur clé, montrant une corrélation significative et positive avec la diversité virale, ainsi qu'une association positive avec la diversité bactérienne. Notamment, ils ont constaté que l'âge présentait de fortes connexions avec 176 unités taxonomiques opérationnelles virales (vOTUs), montrant des associations positives avec Clostridium difficile, Clostridium tumefaciens, Bacillus faecalis phages et phages d'hôtes inconnus. En revanche, l'âge affichait une corrélation inverse avec VC_28. De même, le sexe montrait des corrélations significatives avec 68 vOTUs et 24 clusters de virus (VCs).

En élargissant leur analyse, ils ont évalué 232 facteurs hôtes et environnementaux pour étudier leurs relations avec les caractéristiques virales. Les associations les plus robustes, influençant la diversité des entérovirus, ont été observées avec des facteurs cliniques, en particulier les médicaments et les maladies. Quatre-vingt-dix-sept des 232 facteurs ont montré des corrélations significatives avec la variation virale, l'âge se distinguant comme le facteur ayant la corrélation la plus forte avec la dynamique virale.

Une découverte particulièrement intrigante a été faite concernant le crAssphage (vOTU_974). Il n'a montré aucune corrélation significative avec l'un des facteurs analysés, indiquant la présence de facteurs hôtes, environnementaux ou écologiques encore inconnus contribuant aux variations observées dans ce phage extrêmement abondant.

Changements liés à l'âge et au sexe dans le virome intestinal humain. (Nishijima et al., 2022)

Référence:

1. Nishijima, Suguru, et al. "Variation extensive du virome intestinal et ses associations avec des facteurs hôtes et environnementaux dans une cohorte à l'échelle de la population." Communications Nature 13.1 (2022) : 5252.