Lorsque les premiers humains ont quitté l’Afrique, ils ont emporté avec eux leurs microbes intestinaux. Il s’avère que ces microbes ont également évolué avec eux.
Le microbiome intestinal humain est composé de centaines, voire de milliers d’espèces de bactéries et d’archées. Au sein d’une même espèce de microbe, différentes souches portent différents gènes qui peuvent affecter votre santé et les maladies auxquelles vous êtes sensible.
La composition microbienne et la diversité du microbiome intestinal varient fortement entre les personnes vivant dans différents pays du monde. Bien que les chercheurs commencent à comprendre les facteurs qui influent sur la composition du microbiome, comme le régime alimentaire, on ne sait toujours pas pourquoi des groupes différents ont des souches différentes de la même espèce de microbes dans leurs intestins.
Nous sommes des chercheurs qui étudions l’évolution microbienne et les microbiomes. L’étude que nous avons publiée récemment a montré que les microbes ne se sont pas seulement diversifiés avec leurs hôtes humains des premiers temps de l’ère moderne lors de leurs déplacements à travers le monde, mais qu’ils ont suivi l’évolution humaine en se limitant à la vie dans l’intestin.
Le microbiome intestinal joue un rôle clé dans de nombreux domaines de votre santé.
Les microbes partagent une histoire évolutive avec les humains
Nous avons émis l’hypothèse que les espèces microbiennes présentes dans les intestins des humains se sont diversifiées génétiquement au fur et à mesure de leur expansion sur le globe. En d’autres termes, les microbes intestinaux et leurs hôtes humains se sont “codiversifiés” et ont évolué ensemble – tout comme les êtres humains se sont diversifiés de sorte que les personnes d’Asie ont un aspect différent de celles d’Europe, il en a été de même pour leurs microbiomes.
Pour évaluer ce phénomène, nous devions coupler les données du génome humain et du microbiome de personnes du monde entier. Cependant, les ensembles de données qui fournissaient à la fois les données sur le microbiome et les informations sur le génome des individus étaient limités lorsque nous avons commencé cette étude. La plupart des données accessibles au public provenaient d’Amérique du Nord et d’Europe occidentale, et nous avions besoin de données plus représentatives des populations du monde entier.
Notre équipe de recherche a donc utilisé les données existantes au Cameroun, en Corée du Sud et au Royaume-Uni, et a recruté des mères et leurs jeunes enfants au Gabon, au Vietnam et en Allemagne. Nous avons recueilli des échantillons de salive des adultes pour déterminer leur génotype, ou caractéristiques génétiques, et des échantillons de matières fécales pour séquencer les génomes de leurs microbes intestinaux.
Pour notre analyse, nous avons utilisé les données de 839 adultes et 386 enfants. Pour évaluer l’histoire de l’évolution des humains et des microbes intestinaux, nous avons créé des arbres phylogénétiques pour chaque personne ainsi que pour 59 souches des espèces microbiennes les plus communément partagées
Lorsque nous avons comparé les arbres humains aux arbres microbiens, nous avons découvert un gradient de correspondance. Certains arbres bactériens ne correspondaient pas du tout aux arbres humains, tandis que d’autres correspondaient très bien, ce qui indique que ces espèces ont codiversifié avec les humains. En fait, certaines espèces microbiennes ont participé à l’évolution pendant des centaines de milliers d’années.
Ces deux arbres phylogénétiques de participants humains (à gauche) et d’une espèce bactérienne (à droite) correspondent étroitement, indiquant qu’ils se sont probablement diversifiés ensemble au cours de l’évolution. Réimprimé avec la permission de Suzuki et al, Science Volume 377, abm7759 (2022), CC BY-NC-ND
Nous avons également constaté que les microbes qui ont évolué en tandem avec les humains possèdent un ensemble unique de gènes et de traits par rapport aux microbes qui n’ont pas codiversifié avec les humains. Les microbes qui se sont associés aux humains ont des génomes plus petits et une plus grande sensibilité à l’oxygène et à la température, la plupart étant incapables de tolérer des conditions inférieures à la température du corps humain.
En revanche, les microbes intestinaux ayant des liens plus faibles avec l’évolution humaine présentent des traits et des gènes caractéristiques des bactéries vivant librement dans l’environnement extérieur. Cette constatation suggère que les microbes codiversifiés sont très dépendants des conditions environnementales du corps humain et doivent être transmis rapidement d’une personne à l’autre, soit de génération en génération, soit entre personnes vivant dans les mêmes communautés
Confirmant ce mode de transmission, nous avons constaté que les mères et leurs enfants avaient les mêmes souches de microbes dans leurs intestins. En revanche, les microbes qui n’étaient pas codiversifiés avaient plus de chances de survivre en dehors du corps et pouvaient être transmis plus largement par l’eau et le sol.
Microbes intestinaux et médecine personnalisée
Notre découverte que les microbes intestinaux ont évolué en même temps que leurs hôtes humains offre une autre façon de considérer le microbiome intestinal humain. L’intestinLes microbes se sont transmis d’une personne à l’autre sur des centaines, voire des milliers de générations, de sorte que les microbes intestinaux ont évolué au même rythme que les humains. Par conséquent, certains microbes intestinaux se comportent comme s’ils faisaient partie du génome humain : Ce sont des paquets de gènes qui sont transmis entre les générations et partagés par des individus apparentés.
La médecine personnalisée et les tests génétiques commencent à rendre les traitements plus spécifiques et plus efficaces pour chaque individu. Le fait de savoir quels microbes ont entretenu des partenariats à long terme avec des personnes pourrait aider les chercheurs à mettre au point des traitements à base de microbiomes spécifiques à chaque population. Les cliniciens utilisent déjà des probiotiques d’origine locale dérivés des microbes intestinaux des membres de la communauté pour traiter la malnutrition.
Nos résultats aident également les scientifiques à mieux comprendre comment les microbes passent, d’un point de vue écologique et évolutif, de la vie libre dans l’environnement à la dépendance aux conditions de l’intestin humain. Les microbes codiversifiés ont des traits et des gènes qui rappellent les symbiotes bactériens qui vivent à l’intérieur des insectes hôtes. Ces caractéristiques communes suggèrent que d’autres hôtes animaux peuvent également avoir des microbes intestinaux qui se sont codiversifiés avec eux au cours de l’évolution.
Le fait de prêter une attention particulière aux microbes qui partagent l’histoire de l’évolution humaine peut aider à mieux comprendre le rôle qu’ils jouent dans le bien-être humain.
Taichi A. Suzuki, associé de recherche postdoctorale en science du microbiome, Institut Max Planck de biologie et Ruth Ley, Directeur, Département de la science du microbiome, Institut Max Planck de Biologie
