Les gènes mobiles de la mère façonnent le microbiome des bébés

De minuscules séquences génétiques présentes dans les bactéries de la mère semblent se propager dans les bactéries du nourrisson, assurant peut-être un microbiome sain plus tard dans la vie.

Grâce à des transferts de bactéries et de gènes qui se poursuivent pendant plusieurs mois après la naissance, une mère peut favoriser le développement sain d’un nourrisson.

Ces cellules simples, transmises de la mère à l'enfant à la naissance et au cours des mois de contact intime qui suivent, constituent les prémices du microbiome de l'enfant – la communauté évolutive de micro-organismes symbiotiques liés au bon fonctionnement de l'organisme. Des chercheurs ont récemment mené la première étude à grande échelle sur la coévolution des microbiomes d'une mère et de son enfant au cours de la première année de vie

Ces contributions maternelles ne se limitent pas aux cellules entières. De petits fragments d'ADN, appelés éléments génétiques mobiles, passent des bactéries de la mère à celles du bébé, même des mois après la naissance.

Ce mode de transfert, jamais observé auparavant dans la culture du microbiome d'un nourrisson, pourrait jouer un rôle crucial dans la croissance et le développement. Comprendre l'évolution du microbiome d'un enfant pourrait expliquer pourquoi certains enfants sont plus prédisposés à certaines maladies que d'autres.

Notre corps abrite à peu près autant de cellules bactériennes que de cellules humaines, et la plupart d'entre elles vivent dans nos intestins. Chacun de nous abrite une bibliothèque extrêmement diversifiée d'espèces et de souches bactériennes acquises tout au long de sa vie. Mais les bébés sont presque stériles dès leur naissance. On pense que la première grande infusion de microbes provient de la mère lors de la naissance, à la sortie de l'utérus. Ce don bactérien crée le support d'une communauté microbienne florissante dans l'organisme, qui nous soutient tout au long de notre vie. (Les nourrissons nés par césarienne ne reçoivent pas la même infusion initiale de microbes que les bébés nés par voie basse, mais ils les acquièrent progressivement par la suite.)

L'un des effets du microbiome est de conditionner le système immunitaire et le métabolisme de son hôte pendant les deux premières années de vie. Ces premiers jours d'apprentissage peuvent avoir des conséquences durables, encore difficiles à appréhender pour l'instant.

C'est parce que les métabolites, ou produits chimiques du métabolisme, fabriqués par le microbiome sont censés influencer le développement du système cognitif et immunitaire d'un bébé, en particulier pendant une période sensible dans les 1 000 jours avant et après la naissance.

Les chercheurs ont collecté des échantillons de selles auprès de 70 couples de mères et de leurs bébés, en commençant tôt la grossesse et en poursuivant pendant la première année de vie du bébé. Ils ont ensuite analysé le mélange de microbes et de composés présents dans les échantillons et effectué des analyses génétiques pour déterminer les espèces et les souches de microbes présentes. Grâce à ces données, ils ont pu observer la coévolution des microbiomes des mères et des bébés durant cette période.

Comme prévu, le microbiome des nourrissons était différent de celui de leur mère, et l'influence de l'alimentation sur leur microbiome était évidente. Les nourrissons possédaient des centaines de métabolites que leur mère ne possédait pas.

La grande surprise pour l’équipe a été que même lorsqu’un bébé ne possédait pas de souches bactériennes utiles présentes chez la mère, le microbiome du bébé contenait toujours des fragments de gènes appartenant à ces souches.

Comment l'espèce pourrait-elle influencer la composition microbienne du nourrisson sans même y participer ? Cela pourrait-il s'expliquer par un transfert horizontal de gènes, un processus étrange par lequel les gènes d'une espèce passent d'une espèce à une autre au lieu d'être transmis à la descendance. Les transferts horizontaux de gènes sont fréquents au sein des communautés bactériennes – ils contribuent grandement à la propagation de gènes résistants aux antibiotiques chez divers agents pathogènes, par exemple, et on les a également observés chez les organismes multicellulaires .

Pourtant, les chercheurs n'étaient pas préparés à voir des centaines de gènes circuler entre les communautés bactériennes, du microbiome maternel à celui du bébé.

Les chercheurs émettent l'hypothèse que les transferts génétiques horizontaux pourraient être particulièrement visibles lorsque les bactéries qui prospèrent dans l'intestin maternel ne peuvent survivre dans l'environnement étranger de l'intestin du nourrisson. Les bactéries maternelles peuvent pénétrer dans l'organisme du nourrisson par le lait maternel ou sous forme de spores libérées par le nourrisson. Certaines bactéries échoueront inévitablement à coloniser l'organisme de l'enfant et disparaîtront. Mais elles pourraient perdurer suffisamment longtemps pour que certaines séquences génétiques puissent s'intégrer à des bactéries plus performantes. Si ces séquences génétiques s'implantent dans le génome des bactéries présentes dans l'intestin du bébé, elles peuvent transmettre les fonctions qu'elles codent.

Dans certains cas, ces sauts pourraient être rendus possibles par des prophages – des virus dormants qui se répliquent dans les bactéries. Dans l'environnement stressant de l'intestin du bébé, les prophages peuvent devenir actifs et commencer à se déplacer entre les bactéries, transportant avec eux des gènes bactériens intégrés.

Dans l’analyse d’échantillons de selles de nourrissons, on a identifié un exemple évident : un prophage intégré dans l’ADN d’une espèce bactérienne est apparu dans une autre bactérie des mois plus tard.

C'est une preuve convaincante que ce phage particulier a migré entre deux espèces différentes. Les chercheurs ont également découvert que les gènes passaient d'une espèce bactérienne à l'autre par d'autres moyens, par exemple par contact direct de cellule à cellule ou par l'absorption d'ADN par une cellule bactérienne libérée dans l'environnement.

Un important groupe de gènes ayant effectué un saut codait pour la machinerie cellulaire permettant les transferts horizontaux de gènes. D'autres séquences mobiles ont contribué au métabolisme des glucides et des acides aminés, et pourraient donc avoir grandement bénéficié aux bactéries. Par exemple, les résultats suggèrent que les gènes liés à la digestion des glucides présents dans le lait maternel pourraient être ainsi transmis de la mère à l'enfant. Les chercheurs ne sont pas certains que les transferts horizontaux bénéficient directement au bébé, mais en constituant un microbiome intestinal plus performant, ils pourraient contribuer au développement de son système immunitaire.

Certaines de ces séquences génétiques sont apparues dans de nouvelles bactéries des mois après la naissance, ce qui suggère que les transferts ont continué à se produire pendant cette période. On ignore si des transferts se produisaient également avant la naissance, mais les chercheurs ont constaté que le microbiome maternel évoluait pendant la grossesse. Certains de ces changements semblaient susceptibles d'affecter la capacité de l'organisme à tolérer le glucose. Ces résultats suggèrent que le diabète que certaines femmes développent pendant la grossesse pourrait être lié au microbiome.

Lors du prélèvement d'échantillons de selles des nourrissons, les chercheurs ont également prélevé des échantillons de leurs cellules immunitaires. Ils prévoient désormais d'utiliser ces échantillons pour étudier comment les bactéries que les nourrissons transportent, notamment celles qui contiennent ces éléments mobiles, interagissent avec les cellules immunitaires. Les résultats de ces expériences pourraient permettre de mieux comprendre comment et pourquoi certaines personnes développent des allergies ou des maladies auto-immunes.

L'existence de ces éléments mobiles est connue depuis leur découverte par la généticienne pionnière Barbara McClintock dans les années 1940, une découverte qui lui a valu le prix Nobel. Mais jusqu'à récemment, leur caractérisation n'avait jamais été aussi approfondie. Maintenant que nous en savons plus, nous réalisons que les éléments génétiques mobiles ont un impact plus important que nous ne le pensions.

Chez nous, il s’avère que cet impact commence très tôt dans la vie.