Le microbiome d’un humain ou d’un animal – la collection de micro-organismes souvent bénéfiques, y compris les bactéries et les champignons, qui vivent sur ou dans un organisme hôte – peut jouer un rôle important dans la réponse immunitaire globale de l’hôte, mais on ne sait pas comment les vaccins contre les agents pathogènes nocifs ont un impact sur le microbiote. Une nouvelle étude menée par des chercheurs de Penn State a révélé qu’un nouveau vaccin contre le champignon chytride mortel chez les grenouilles peut modifier la composition du microbiome, rendant les grenouilles plus résistantes à une exposition future au champignon.
L’étude, publiée le 12 juin dans un numéro spécial de la revue Transactions philosophiques de la Royal Society Bsuggère que la réponse du microbiome pourrait être une partie importante et négligée de l’efficacité du vaccin.
« Les micro-organismes qui composent le microbiome d’un animal peuvent souvent aider à se défendre contre les agents pathogènes, par exemple en produisant des substances bénéfiques ou en rivalisant avec les agents pathogènes pour l’espace ou les nutriments », a déclaré Gui Becker, professeur agrégé de biologie à Penn State et chef de la recherche. équipe. « Mais qu’arrive-t-il à votre microbiome lorsque vous recevez un vaccin, comme un vaccin COVID, un vaccin contre la grippe ou un vaccin vivant atténué comme le vaccin contre la fièvre jaune ? Dans cette étude, nous avons utilisé des grenouilles comme système modèle pour commencer à explorer cette question. . »
Les grenouilles et autres amphibiens sont menacés par le champignon chytride, qui a entraîné l’extinction de certaines espèces et de graves déclins de population chez des centaines d’autres sur plusieurs continents. Chez les espèces sensibles, le champignon provoque une maladie cutanée parfois mortelle.
« La chytride est l’un des pires, sinon le pire, agent pathogène pour la conservation de la faune dans l’histoire récente, et il y a un besoin critique de développer des outils pour contrôler sa propagation », a déclaré Becker, qui est également membre du One Health Microbiome Center. et le Center for Infectious Disease Dynamics de Penn State. « Nous avons constaté que, dans certains cas, les vaccins peuvent induire un changement protecteur dans le microbiome, ce qui suggère qu’une manipulation soigneuse du microbiome pourrait être utilisée dans le cadre d’une stratégie plus large pour aider les amphibiens, et peut-être d’autres vertébrés, à faire face aux agents pathogènes émergents. »
Les chercheurs ont appliqué un vaccin, dans ce cas une dose non létale d’un produit métabolique créé par le champignon chytride aux têtards. Après cinq semaines, ils ont observé comment la composition du microbiome avait changé, identifiant les espèces individuelles de bactéries et leurs proportions relatives. Les chercheurs ont également cultivé chaque espèce de bactérie en laboratoire et testé si des produits spécifiques aux bactéries facilitaient, inhibaient ou n’avaient aucun effet sur la croissance des chytrides, en ajoutant et en comparant les résultats avec une grande base de données de ces informations.
« L’augmentation de la concentration et de la durée d’exposition à la prophylaxie du produit chytride a considérablement modifié la composition du microbiome, de sorte qu’il y avait une proportion plus élevée de bactéries produisant des substances anti-chytrides », a déclaré Samantha Siomko, étudiante à la maîtrise au laboratoire Becker de l’université. de l’Alabama au moment de la recherche et premier auteur de l’article. « Ce changement de protection suggère que, si un animal était à nouveau exposé au même champignon, son microbiome serait mieux capable de combattre l’agent pathogène. »
Les tentatives précédentes pour induire un changement protecteur dans le microbiome reposaient sur l’ajout d’une ou plusieurs espèces de bactéries connues pour fabriquer de puissants métabolites antifongiques, c’est-à-dire des probiotiques. Cependant, selon les chercheurs, la bactérie doit rivaliser avec d’autres espèces du microbiome et ne réussit pas toujours à s’imposer comme un membre permanent du microbiome.
« Ces grenouilles ont des centaines d’espèces de bactéries sur leur peau qu’elles ramassent dans leur environnement, et la composition change régulièrement, y compris avec la saison », a déclaré Becker. « Essayer de manipuler la communauté, par exemple en ajoutant un probiotique bactérien, est un défi, car la dynamique de la communauté est si complexe et imprévisible. Nos résultats sont prometteurs car nous avons essentiellement manipulé l’ensemble de la communauté bactérienne dans une direction plus efficace. contre la lutte contre l’agent pathogène fongique sans ajouter un être vivant qui doit rivaliser pour les ressources pour survivre. »
Notamment, le nombre total d’espèces – la diversité – au sein du microbiome n’a pas été impacté, seules la composition et les proportions relatives des espèces. Les chercheurs pensent que cela est positif, car le déclin de la diversité du microbiome de la grenouille peut souvent entraîner la maladie ou la mort, et il est généralement admis que le maintien d’un microbiome diversifié permet à la communauté des bactéries et des espèces de microbes de répondre aux menaces de manière plus dynamique et avec redondance fonctionnelle plus élevée.
Les chercheurs suggèrent que ce changement adaptatif dans la composition du microbiome, qu’ils appellent la « mémoire du microbiome », pourrait jouer un rôle important dans l’efficacité du vaccin. En plus de comprendre les mécanismes à l’origine de ce changement, l’équipe de recherche espère étudier l’idée de la mémoire du microbiome chez les grenouilles adultes ainsi que chez d’autres espèces de vertébrés à l’avenir.
« Notre équipe collaborative a mis en œuvre une technique de prophylaxie qui reposait sur un produit métabolique dérivé du champignon chytride », a déclaré Becker. « Il est possible que les vaccins basés sur l’ARNm ou les cellules vivantes, comme ceux souvent utilisés pour se protéger contre les infections bactériennes ou virales, affectent différemment le microbiome, et nous sommes ravis d’explorer cette possibilité. »
En plus de Becker et Siomko, l’équipe de recherche comprend Teagan McMahon – qui a développé la méthode de prophylaxie – à l’Université du Connecticut ; Sasha Greenspan, Wesley Neely et Stanislava Chtarbanova de l’Université de l’Alabama ; Douglas Woodhams de l’Université du Massachusetts ; et KM Barnett à l’Université Emory.
Plus d’information:
Sélection d’un microbiome cutané anti-pathogène suite à un traitement prophylactique dans un système modèle amphibien, Transactions philosophiques de la Royal Society B Biological Sciences (2023). DOI : 10.1098/rstb.2022.0126