Setting Standards for Stool | The Scientist Magazine®

Par : Matthieu Gallet

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Selon Oliver Fiehn, chercheur en métabolomique à l’Université de Californie, Davis, les êtres humains sont bien plus que ce que l’on voit à l’œil nu. « Nous ne sommes pas seulement humains », dit-il. « Nous sommes un écosystème. » Cet écosystème abrite des milliards de bactéries et de champignons qui vivent dans et sur les êtres humains et qui composent le microbiome humain. Ces organismes microscopiques mènent leur propre vie complexe en parallèle à la nôtre, consommant et excrétant des molécules qui affectent nos cellules. La plupart des microbes vivent dans notre système digestif et ils influencent des maladies telles que la maladie de Crohn, l’anxiété, les maladies cardiovasculaires et le cancer.

Observer le dédale du système digestif d’une personne est l’un des moyens de trouver des microbes, mais il existe une méthode plus facile, à condition que les chercheurs ne soient pas réticents : l’étude des excréments humains. Ces déchets sont comme des échantillons provenant d’un site d’une civilisation ancienne. Les selles contiennent des artefacts chimiques des microbes présents dans l’intestin, et parfois même des morceaux des microbes eux-mêmes. Les scientifiques, semblables à des archéologues, peuvent fouiller dans les échantillons pour recueillir des indices sur les habitants.

Au cours de la dernière décennie, les chercheurs ont disséqué ces écosystèmes complexes et leurs résultats ont bouleversé la compréhension conventionnelle de la santé humaine qui se concentre sur nos propres cellules et organes, et ont introduit la possibilité de nouveaux diagnostics et thérapies ciblant les microbes. Mais toutes les idées n’ont pas porté leurs fruits.

Un exemple très médiatisé en 2020, les scientifiques ont annoncé que le microbiome du sang et des tissus pourrait être utilisé pour prédire si des individus en bonne santé développeraient un cancer. Mais l’année dernière, un autre groupe de scientifiques a affirmé que l’étude de 2020 comportait des erreurs qui rendaient ses résultats non seulement non reproductibles, mais également incorrects. Alors que le verdict n’est pas encore rendu dans ce cas, le manque de reproductibilité a été un problème beaucoup plus vaste pour le domaine de la recherche sur le microbiome intestinal. Les scientifiques réclament maintenant des normes pour éviter les résultats fallacieux. « Cela est devenu crucial pour faire avancer le domaine et pour aider à élaborer des traitements pour les affections chroniques », a déclaré David Wishart, biochimiste à l’Université de l’Alberta.

C’est là que le National Institute of Standards and Technologies (NIST) intervient. L’institut trouve des moyens d’utiliser la science de la mesure pour améliorer le fonctionnement de tout ce qui compose la vie quotidienne, des horloges aux puces informatiques. Maintenant, ils relèvent leur dernier défi. Scott Jackson, chef du groupe de microbiologie au NIST, a déclaré qu’ils fabriquent « le matériau fécal le plus bien caractérisé de la Terre ».

Corey Broeckling pense que les matériaux de référence standard pourraient aider les centres de métabolomique comme celui qu’il dirige à l’Université d’État du Colorado. Corey Broeckling dirige une installation centrale de chimie analytique à l’Université d’État du Colorado qui aide les chercheurs à mesurer les molécules dans leurs échantillons de selles. Il sait par expérience à quel point ces mesures peuvent être incohérentes.

« L’un des défis auxquels nous sommes confrontés à la fin de la journée est de démontrer de manière convaincante la qualité des données, non seulement à nous-mêmes, mais aussi aux chercheurs pour lesquels nous travaillons et à la communauté dans son ensemble à laquelle ils présentent leurs travaux », a déclaré Broeckling.

Une partie du défi provient des méthodes utilisées pour analyser les microbes vivant dans l’intestin. Les deux plus populaires sont la métagénomique, qui cartographie les fragments d’ADN sur des espèces microbiennes spécifiques qui peuvent se trouver dans l’intestin, ou la métabolomique, qui mesure les protéines, les graisses et d’autres molécules dans les selles qui peuvent avoir été produites par les microbes intestinaux. « Les bactéries sont essentiellement de petites usines chimiques », explique Wishart. « Certaines produiront de bonnes choses, d’autres produiront de mauvaises choses. »

Pouvoir distinguer ces émissions bonnes et mauvaises des microbes intestinaux peut aider les chercheurs à comprendre les effets des microbes sur la santé de leur hôte humain. Par exemple, une étude a révélé que des niveaux plus élevés de l’acide gras à chaîne courte butyrate dans les selles étaient associés à une meilleure tolérance au glucose.

Des mesures précises de ces niveaux de métabolites permettront des diagnostics fiables et des outils cliniques. Mais les mesures actuelles ne sont généralement pas très précises et les données ne racontent souvent pas toute l’histoire. Pour commencer, un échantillon de selles contient des milliers de molécules et les approches métabolomiques non ciblées typiques ne peuvent pas toutes les identifier et les mesurer. « C’est un échantillon incomplètement caractérisé au mieux », explique Broeckling. Différents laboratoires peuvent utiliser différentes méthodes pour préparer et analyser les échantillons, et même l’étalonnage de la même machine peut changer avec le temps. Il n’y a pas non plus de vérité absolue quant aux molécules ou espèces à attendre dans les selles.

Cela signifie que deux laboratoires peuvent analyser le même échantillon exact et obtenir des mesures complètement différentes. Même le même laboratoire peut analyser le même échantillon une semaine plus tard et obtenir des mesures différentes. « En principe, nous devrions tous obtenir des résultats très similaires », explique Wishart. « En réalité, ce n’est pas le cas, et cela a été un point d’embarras pour la communauté de la métabolomique. »

Résoudre les problèmes de reproductibilité est essentiel pour le développement de médicaments basés sur le microbiome, selon David Wishart de l’Université de l’Alberta.

Un matériau de référence peut aider. Il se présente généralement sous la forme d’un tube d’un millilitre, en l’occurrence un tube d’excréments. Il existe des milliers de tubes contenant tous le même matériau, préparés de la même manière, de sorte qu’ils soient effectivement identiques d’un tube à l’autre. Les laboratoires peuvent ensuite inclure un tube de matériau de référence dans chaque expérience sur le microbiome intestinal qu’ils réalisent. Même s’il existe des différences subtiles entre les expériences, le matériau de référence sert de base, et les résultats peuvent être rapportés par rapport au matériau de référence et comparés entre les expériences. Par exemple, les niveaux d’acides gras à chaîne courte peuvent être mesurés dans un laboratoire à un niveau 100 fois supérieur à celui du matériau de référence, et dans un autre laboratoire à un niveau 1000 fois supérieur à celui du matériau de référence, le rendant 10 fois supérieur à l’étude du premier laboratoire. « C’est une étalon que nous pouvons comparer », explique Fiehn.

Les scientifiques peuvent aller encore plus loin en créant des matériaux de référence standard (SRM), où ils ne créent pas seulement de nombreux tubes de matériau identique, mais ils mesurent et rapportent également précisément les niveaux de chaque molécule dans les tubes. Cela fournit aux chercheurs une référence pour comparer leurs mesures. « Si vous n’avez pas de matériau de référence dont vous connaissez le contenu, vous ne savez pas ce que vous manquez », explique Martha Carlin, fondatrice de The BioCollective, une entreprise qui travaille à l’amélioration du stockage, du traitement et de l’expédition des échantillons de selles pour la recherche sur le microbiome.

Les SRM sont le cœur de métier du NIST : ils fabriquent et vendent des SRM depuis plus d’un siècle. Leur premier SRM, sorti en 1910, était un type de calcaire créé pour l’industrie du calcaire afin de mesurer les niveaux de minéraux traces. Plus récemment, le NIST a commencé à fabriquer des SRM pour les domaines naissants de la métabolomique et de la génomique. Par exemple, le SRM 1950 est un SRM de plasma sanguin fabriqué en mélangeant le plasma de 100 individus et en mesurant les niveaux d’environ 100 molécules. Il est devenu populaire parmi les chercheurs en métabolomique.

L’idée de créer un SRM de selles humaines est venue à l’esprit de Jackson il y a 10 ans, lorsqu’il est arrivé au siège du NIST à Gaithersburg, dans le Maryland. Cinq ans plus tard, son équipe a officiellement commencé à travailler sur le projet. Ils ont imm
Source : https://www.the-scientist.com/news/setting-standards-for-stool-71597

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