« Les bactéries intestinales ont un rôle important à jouer dans la santé et le développement des maladies, et notre nouveau modèle mathématique pourrait être extrêmement utile dans ces domaines », explique Jens Nielsen, professeur de biologie des systèmes à Chalmers, qui a dirigé la recherche.

Le nouvel article décrit les performances du modèle mathématique lors de la réalisation de prédictions relatives à deux études cliniques antérieures, l’une portant sur des nourrissons suédois et l’autre sur des adultes finlandais souffrant d’obésité.

Les études comportaient des mesures régulières d’indicateurs de santé, que les chercheurs ont comparées aux prédictions de leur modèle mathématique. Le modèle s’est avéré très précis dans la prédiction de multiples variables, notamment la manière dont le passage d’une alimentation liquide à une alimentation solide chez les nourrissons suédois affectait leur composition bactérienne intestinale.

Ils ont également mesuré l’évolution des bactéries intestinales des adultes obèses après le passage à un régime plus restreint. Là encore, les prédictions du modèle se sont avérées fiables.

« Il s’agit de résultats très encourageants, qui pourraient permettre la conception par ordinateur d’un système très complexe. Notre modèle pourrait donc être utilisé pour créer des régimes alimentaires sains et personnalisés, avec la possibilité de prédire comment l’ajout de bactéries spécifiques comme nouveaux probiotiques pourrait avoir un impact sur la santé d’un patient », explique Jens Nielsen.

De nombreux facteurs en jeu

De nombreux facteurs influencent la croissance et le fonctionnement des différentes bactéries dans le système intestinal. Par exemple, quelles autres bactéries sont déjà présentes et comment elles interagissent entre elles, ainsi qu’avec l’hôte, c’est-à-dire nous. Les bactéries sont également affectées par des facteurs environnementaux, tels que notre régime alimentaire.

Toutes ces variables permettent de prédire l’effet qu’aura l’ajout de bactéries ou la modification du régime alimentaire. Il faut d’abord comprendre comment ces bactéries sont susceptibles d’agir lorsqu’elles pénètrent dans l’intestin ou comment un changement de régime alimentaire va affecter la composition de l’intestin. Pourront-elles s’y développer ou non ? Comment vont-elles interagir avec les bactéries déjà présentes dans l’intestin et éventuellement les affecter ? Comment des régimes alimentaires différents affectent-ils le microbiome intestinal ?

« Le modèle que nous avons développé est unique car il tient compte de toutes ces variables. Il combine des données sur les bactéries individuelles ainsi que sur leur interaction. Il inclut également des données sur la façon dont les aliments voyagent dans le tractus gastro-intestinal et affectent les bactéries en cours de route dans ses calculs. Ce dernier point peut être mesuré en examinant des échantillons de sang et en étudiant les métabolites, c’est-à-dire les produits finaux qui se forment lorsque les bactéries décomposent différents types d’aliments », explique Jens Nielsen.

Les données utilisées pour construire le modèle ont été recueillies au cours de nombreuses années d’études cliniques préexistantes. À mesure que d’autres données seront obtenues à l’avenir, le modèle pourra être mis à jour avec de nouvelles fonctionnalités, telles que la description des réponses hormonales à l’apport alimentaire.

Un atout considérable pour les soins de santé futurs

La recherche sur l’alimentation et le microbiome humain, ou composition bactérienne intestinale, est un domaine de recherche qui suscite un grand intérêt, tant chez les chercheurs que dans le grand public. Jens Nielsen explique pourquoi :

« Les modifications de la composition bactérienne peuvent être associées à un grand nombre d’affections, telles que l’obésité, le diabète ou les maladies cardiovasculaires, ou en être le signe. Ils peuvent également affecter la façon dont le corps réagit à certains types de traitements contre le cancer ou à des régimes alimentaires spécialement conçus. »

Travailler sur la composition bactérienne offre donc la possibilité d’influencer le cours des maladies et la santé globale. Cela peut se faire par le biais d’un traitement aux probiotiques – des bactéries soigneusement sélectionnées qui sont censées contribuer à améliorer la santé.

Dans leurs travaux futurs, Jens Nielsen et son groupe de recherche utiliseront le modèle directement dans des études cliniques. Ils participent déjà à une étude menée en collaboration avec l’hôpital universitaire Sahlgrenska, en Suède, où des femmes âgées sont traitées contre l’ostéoporose à l’aide de la bactérie Lactobacillus reuteri. Il a été constaté que certains patients répondent mieux au traitement que d’autres, et le nouveau modèle pourrait être utilisé dans le cadre de l’analyse visant à comprendre pourquoi il en est ainsi.

Le traitement du cancer par des anticorps est un autre domaine dans lequel le modèle pourrait être utilisé pour analyser le microbiome, en aidant à comprendre son rôle dans la raison pour laquelle certains patients répondent bien à l’immunothérapie, et d’autres moins.

« Ce serait un atout incroyable si notre modèle pouvait commencer à identifier les bactéries qui pourraient améliorer le traitement des patients atteints de cancer. Nous pensons que cela pourrait vraiment faire une grande différence ici », déclare Jens Nielsen.