Haute Sensibilité du Séquençage Métagénomique Fractionné dans la Biopsie des Tissus Coliques par Déplétion de l'ADN de l'Hôte

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Sensibilité élevée du séquençage métagénomique à haut débit dans les biopsies de tissus coliques : élimination de l’impact de l’ADN de l’hôte

Contexte

L’évaluation de la structure taxonomique bactérienne par des techniques de séquençage de nouvelle génération sans culture est devenue une méthode courante pour étudier la relation entre le déséquilibre bactérien et diverses maladies. Des études antérieures ont analysé le spectre des communautés microbiennes dans des échantillons de la cavité buccale, de la muqueuse intestinale et des fèces humaines par séquençage d’amplicons du gène de l’ARNr 16S ou par séquençage métagénomique. Cependant, le séquençage du gène de l’ARNr 16S présente des limitations en termes de résolution d’identification taxonomique, tandis que le séquençage métagénomique peut identifier les bactéries jusqu’au niveau de l’espèce, voire de la sous-espèce. De plus, le séquençage métagénomique peut fournir des données multi-domaines et déduire les interactions entre plusieurs domaines.

Bien que le séquençage métagénomique ait des applications cliniques importantes pour caractériser les communautés microbiennes dans les échantillons de tissus, y compris le diagnostic et le traitement des maladies, la prédominance de l’ADN humain dans les échantillons limite la détection des bactéries peu abondantes. Ce déséquilibre dans l’abondance de l’ADN réduit la sensibilité du séquençage métagénomique dans les échantillons de tissus. Par conséquent, pour résoudre ce problème, les chercheurs ont proposé une méthode optimisée pour améliorer l’efficacité du séquençage métagénomique dans les échantillons de biopsie colique en éliminant l’ADN de l’hôte.

Source de l’article

Cette étude a été menée par une équipe de recherche du Laboratoire d’État des maladies digestives de l’Université chinoise de Hong Kong, avec comme auteurs principaux Wing Yin Cheng, Wei-Xin Liu, Yanqiang Ding, Guoping Wang, Yu Shi et al. Cet article a été publié dans le volume 21 (2023) de “Genomics, Proteomics & Bioinformatics”.

Processus de recherche

Dans cette étude, les chercheurs ont mené des expériences groupées sur des échantillons de biopsie colique humaine ou murine, un groupe subissant l’élimination de l’ADN de l’hôte et l’autre servant de contrôle. L’ADN de l’hôte a été éliminé par lyse différentielle des cellules mammifères et bactériennes, suivie d’un séquençage métagénomique des échantillons. Le processus de recherche comprenait les étapes suivantes :

  1. Homogénéisation et groupement des échantillons : Les tissus coliques humains et murins ont été homogénéisés puis divisés en deux parties égales, une partie subissant l’élimination de l’ADN de l’hôte et l’autre servant de groupe contrôle.

  2. Lyse différentielle des cellules hôtes :

    • Pour le groupe avec élimination de l’hôte, les cellules mammifères ont d’abord été lysées pour libérer l’ADN de l’hôte, qui a été dégradé par l’enzyme Benzonase.
    • Ensuite, les cellules bactériennes ont été lysées pour extraire l’ADN bactérien pour le séquençage métagénomique.

  3. Séquençage métagénomique : Le séquençage paired-end 150 bp (PE150) a été réalisé sur la plateforme Illumina HiSeq 2000. Les données de séquençage ont été alignées avec une base de données de génomes de référence pour l’analyse taxonomique.

  4. Analyse des données :

    • Trimmomatic a été utilisé pour filtrer la qualité des lectures de séquençage.
    • Bowtie-2 a été utilisé pour l’alignement bout à bout afin d’éliminer les séquences de l’hôte.
    • Les lectures non-hôtes restantes ont été alignées sur une base de données de génomes bactériens à l’aide du logiciel de classification Kraken.

Résultats de la recherche

L’étude a montré que l’élimination de l’ADN de l’hôte augmentait significativement les lectures bactériennes et le nombre d’espèces découvertes. Dans les échantillons de tissus coliques humains et murins, après élimination de l’ADN de l’hôte, les lectures de séquences bactériennes ont augmenté respectivement de 2,46 ± 0,20 fois et 5,46 ± 0,42 fois, tandis que les lectures de l’hôte ont diminué de 6,80% ± 1,06% et 10,2% ± 0,83%. De plus, le nombre d’espèces bactériennes détectées a considérablement augmenté après l’élimination de l’ADN de l’hôte, avec 2998 ± 401 espèces détectées dans les échantillons humains contre 891 ± 98 dans le groupe contrôle ; et 3707 ± 1465 espèces dans les échantillons murins contre 1555 ± 314 dans le groupe contrôle. La majorité des espèces bactériennes du groupe non éliminé (93,45% ± 0,89% pour l’humain et 83,34% ± 7,00% pour la souris) ont également été détectées dans le groupe éliminé, indiquant que la méthode a amélioré la sensibilité de détection des espèces sans compromettre la composition microbienne. Dans l’ensemble, l’élimination de l’ADN de l’hôte a significativement augmenté la couverture de détection bactérienne et la diversité dans les échantillons de tissus.

De plus, l’élimination de l’ADN de l’hôte a augmenté la couverture des gènes bactériens. L’analyse d’accumulation des gènes a montré une augmentation de 33,89% de la détection des gènes bactériens dans les échantillons de biopsie colique humaine et de 95,75% dans les échantillons murins.

Conclusion et valeur

Les résultats de l’étude montrent que la méthode optimisée d’élimination de l’ADN de l’hôte peut améliorer la sensibilité du séquençage métagénomique et la couverture de détection bactérienne tout en maintenant la diversité relative de la communauté microbienne. Cette méthode est particulièrement performante sur les échantillons de biopsie tissulaire et a une valeur clinique importante. Par exemple, elle peut identifier les bactéries importantes pour l’apparition ou la progression de maladies, fournissant ainsi une base pour le diagnostic précoce et le traitement. Dans les cas où les échantillons de tissus sont limités, cette méthode permet de conserver plus d’échantillons pour d’autres analyses, telles que la transcriptomique, la protéomique et la métabolomique. De plus, cette méthode est facilement applicable au traitement des échantillons cliniques, en particulier dans l’étude de la relation entre le microbiome intestinal et la santé de l’hôte.

Points forts de la recherche

  1. La technique d’élimination de l’ADN de l’hôte améliore considérablement la sensibilité et la gamme de détection des espèces du séquençage métagénomique.
  2. Elle maintient la composition relative de la communauté microbienne sans en modifier significativement la structure.
  3. Le nombre et la diversité des gènes bactériens extraits ont été considérablement augmentés.
  4. La méthode a une large gamme d’applications et est importante pour le traitement des échantillons cliniques.

Recherches futures

Les futures recherches pourraient continuer à optimiser la méthode d’élimination de l’ADN de l’hôte pour différents types d’échantillons de tissus et explorer son potentiel et ses limites dans d’autres applications cliniques. Les chercheurs pourraient également étudier l’efficacité de cette méthode dans différents états pathologiques afin de faire progresser davantage la recherche et les applications cliniques dans ce domaine.