Une équipe internationale de scientifiques, dirigée par des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego, fait état d’une nouvelle méthode appelée métabolomique non ciblée pour identifier le grand nombre de molécules dérivées de l’alimentation qui n’étaient pas identifiées auparavant, mais qui apparaissent dans notre sang et nos selles.
La méthode, décrite dans le numéro du 7 juillet 2022 de Nature Biotechnology, fait correspondre tous les produits du métabolisme d’un échantillon à de vastes bases de données d’échantillons pour lesquels des inventaires chimiques étaient disponibles, fournissant ainsi un catalogue sans précédent des signatures de molécules créées par la consommation d’aliments ou leur transformation dans notre intestin.
Les auteurs ont déclaré que, utilisée à grande échelle, cette nouvelle approche pourrait considérablement améliorer la compréhension des sources de substances chimiques dans de nombreux types d’échantillons humains, animaux et environnementaux.
« La spectrométrie de masse non ciblée est une technique très sensible qui permet de détecter des centaines, voire des milliers de molécules qui peuvent désormais être utilisées pour créer un profil alimentaire des individus », a déclaré le coauteur Pieter Dorrestein, PhD, directeur du Collaborative Mass Spectrometry Innovation Center à la Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences de l’Université de Californie à San Diego.
« La capacité accrue de comprendre comment ce que nous mangeons se traduit en produits et sous-produits du métabolisme a des implications directes pour la santé humaine. Nous pouvons désormais utiliser cette approche pour obtenir des informations sur le régime alimentaire de manière empirique et comprendre les relations avec les résultats cliniques. Il est désormais possible de relier les molécules du régime alimentaire aux résultats de santé, non pas une par une, mais toutes à la fois, ce qui n’était pas possible auparavant. »
La métabolomique consiste à mesurer de manière exhaustive tous les métabolites présents dans un échantillon biologique. Les métabolites sont les substances, généralement de petites molécules, fabriquées ou utilisées lorsqu’un organisme décompose des aliments, des médicaments, des produits chimiques ou ses propres tissus. Ils sont les produits du métabolisme. L’étude a également utilisé une technique connexe, la métagénomique, pour mesurer le matériel génétique dans les échantillons biologiques et caractériser les microbes présents.
Les études métabolomiques actuelles n’annotent ou n’identifient que 10 % des caractéristiques moléculaires des spécimens échantillonnés, laissant 90 % du matériel inconnu. La nouvelle approche utilise l’analyse basée sur les données de référence (RDD) pour faire correspondre les données métabolomiques dérivées de la spectrométrie de masse en tandem ou MS/MS (un outil analytique qui mesure le poids moléculaire en utilisant deux analyseurs au lieu d’un) avec les données annotées par métadonnées d’une bibliothèque de référence pseudo-MS/MS.
Essentiellement, chaque molécule est dépouillée de ses électrons pour la rendre chargée. L’ion chargé est pesé à l’aide d’une balance très sensible, puis fragmenté en morceaux et ces morceaux sont pesés, créant ainsi une empreinte digitale unique pour chaque molécule.
Ces collections de morceaux ou « spectres de fragmentation » peuvent être comparés entre l’échantillon analysé et une base de données de référence. Toutefois, jusqu’à présent, le processus était très difficile.
Dans leurs nouveaux travaux, les chercheurs ont étudié des milliers d’aliments fournis par des personnes du monde entier dans le cadre de l’initiative Global FoodOmics lancée à l’UC San Diego il y a sept ans, en s’appuyant sur le succès de la science citoyenne American Gut Project/The Microsetta Initiative. Les scientifiques ont multiplié leur production de données par plus de cinq par rapport aux techniques conventionnelles. Plus important encore, la nouvelle méthode a permis d’utiliser la métabolomique non ciblée pour déterminer le régime alimentaire à partir d’un échantillon de selles ou de sang.
Les auteurs ont déclaré que l’analyse RDD leur a permis d’analyser les schémas alimentaires (végétalien versus omnivore, par exemple) et la consommation d’aliments spécifiques et, plus généralement, de comparer les données à toutes les bases de données de référence existantes.
« Cette avancée est cruciale car les méthodes traditionnelles de mesure du régime alimentaire, telles que les journaux alimentaires ou les questionnaires sur la fréquence des repas, sont pénibles à remplir et très difficiles à réaliser avec précision », a déclaré le co-auteur Rob Knight, PhD, directeur du Center for Microbiome Innovation de l’UC San Diego.
« La possibilité de lire directement le régime alimentaire à partir d’un échantillon a d’énormes implications pour la recherche sur des populations telles que les personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer, qui peuvent ne pas être en mesure de se souvenir ou d’expliquer ce qu’elles ont mangé. Et dans les applications de conservation de la faune. Bonne chance pour faire remplir un journal alimentaire à un guépard ou à un gorille, pour ne citer que deux espèces parmi les centaines que nous étudions. »
Selon Dorrestein et Knight, il est particulièrement intéressant de constater que le nombre de molécules présentes dans le sang ou les selles s’est considérablement amélioré lorsqu’on a fait correspondre les aliments à la population, par exemple en faisant correspondre les aliments provenant d’Italie aux habitants de la péninsule de Cilento, où les scientifiques de l’UC San Diego collaborent à une étude sur les centenaires.
« Cela montre vraiment combien il sera important d’obtenir à la fois des spécimens d’aliments et des échantillons cliniques de personnes du monde entier afin de comprendre comment nos molécules et nos microbes travaillent ensemble pour améliorer ou dégrader notre santé en fonction des régimes alimentaires que nous mangeons », a déclaré Knight.
« Cette étude ouvre également la voie à l’utilisation de la RDD pour expliquer la matière noire de notre métabolome », a ajouté M. Dorrestein, « non seulement en termes de régime alimentaire, mais aussi d’exposition aux produits chimiques provenant des vêtements que nous portons, des médicaments que nous prenons, des produits de beauté que nous appliquons et des environnements auxquels nous sommes exposés. Cela nous permettra véritablement d’explorer les connexions chimiques entre nous-mêmes et le monde dans lequel nous vivons. »