Pendant des années, le séquençage de l’ARNr 16S a joué un rôle majeur dans la recherche sur le microbiome. Il a permis aux scientifiques d’explorer les communautés bactériennes d’une manière qui était auparavant difficile, coûteuse ou impossible. De nombreuses découvertes initiales établissant un lien entre le microbiome intestinal et la biologie humaine reposaient sur des études basées sur l’ARNr 16S¹.

Mais la science du microbiome a considérablement évolué.

Les technologies de séquençage modernes permettent désormais aux chercheurs d’étudier le microbiome à un niveau beaucoup plus approfondi, et de plus en plus, de nombreux scientifiques délaissent les approches traditionnelles basées sur l’ARNr 16S au profit de méthodes métagénomiques plus larges, comme le séquençage shotgun.

Cela ne signifie pas que l’ARNr 16S est « mauvais » ou obsolète. Il présente encore des applications importantes dans la recherche. Mais lorsque les scientifiques recherchent une résolution plus élevée, une analyse plus large de l’écosystème et des informations fonctionnelles plus approfondies, les nouvelles technologies deviennent de plus en plus importantes.

Voici cinq raisons majeures pour lesquelles la recherche moderne sur le microbiome s’éloigne du séquençage de l’ARNr 16S.

1. Le microbiome ne se résume pas aux bactéries

L’une des principales limites du séquençage de l’ARNr 16S est qu’il se concentre principalement sur les bactéries.

Mais le microbiome intestinal est bien plus complexe que les seules communautés bactériennes².

Dans l’écosystème intestinal, les chercheurs étudient également :

• les champignons
• les virus
• les bactériophages
• les archées
• les interactions microbiennes entre ces groupes

Le séquençage métagénomique shotgun moderne peut analyser des portions beaucoup plus vastes de l’écosystème microbien, car il examine l’ensemble de l’ADN présent dans un échantillon plutôt que de se limiter à des régions marqueurs bactériennes sélectionnées³.

Cette perspective plus large devient de plus en plus importante dans la science du microbiome, où les chercheurs considèrent désormais le microbiome comme un réseau écologique interconnecté plutôt que comme un simple catalogue bactérien.

2. Les chercheurs recherchent une résolution plus élevée

Une autre limite majeure de nombreuses approches basées sur l’ARNr 16S est la résolution taxonomique.

Le séquençage de l’ARNr 16S identifie souvent les micro-organismes principalement au niveau du genre. Or, différentes espèces appartenant au même genre peuvent se comporter très différemment et peuvent posséder des propriétés métaboliques, des rôles écologiques ou des interactions microbiennes différents⁴.

Le séquençage shotgun moderne permet fréquemment d’obtenir une résolution plus fine, jusqu’à la classification au niveau de l’espèce.

Cette résolution plus élevée aide les chercheurs à mieux comprendre :

• la diversité microbienne
• la composition de l’écosystème
• les changements subtils au sein des communautés microbiennes
• les interactions entre des micro-organismes spécifiques

À mesure que les ensembles de données sur le microbiome deviennent plus vastes et plus sophistiqués, ce niveau de détail prend de plus en plus de valeur.

3. La recherche moderne se concentre davantage sur la fonction

L’un des changements les plus importants dans la science du microbiome est le passage de :
« Quelles bactéries sont présentes ? »
à :
« Que peut réellement faire le microbiome ? »

C’est là que la métagénomique shotgun devient particulièrement puissante.

Parce qu’elle analyse de vastes portions de l’ADN microbien, elle permet aux chercheurs d’étudier le potentiel génétique fonctionnel du microbiome⁵.

Cela inclut les voies métaboliques liées à :

• le métabolisme microbien
• la production d’acides gras à chaîne courte
• la production de gaz
• les gènes associés à la résistance
• les fonctions plus larges de l’écosystème microbien

Cela ne mesure pas directement les métabolites eux-mêmes, mais cela permet aux scientifiques d’étudier le potentiel génétique sous-jacent aux fonctions microbiennes.

De plus en plus, la recherche moderne sur le microbiome se concentre non seulement sur l’identité microbienne, mais aussi sur l’activité microbienne et la fonctionnalité de l’écosystème.

4. L’intestin humain contient des millions de gènes microbiens

Le microbiome humain contient beaucoup plus de matériel génétique que le génome humain lui-même⁶.

Cette prise de conscience a fondamentalement changé la façon dont les scientifiques envisagent l’écosystème intestinal.

Les approches traditionnelles basées sur l’ARNr 16S n’examinent qu’une petite région marqueur bactérienne. En revanche, la métagénomique shotgun peut analyser des portions beaucoup plus vastes de l’information génétique microbienne.

Cela permet aux chercheurs d’étudier :

• une diversité microbienne plus large
• des catalogues de gènes microbiens
• la complexité de l’écosystème
• les gènes associés à la résistance
• les relations évolutives entre les micro-organismes

À mesure que les technologies de séquençage et la bioinformatique continuent de progresser, la capacité d’analyser ces vastes ensembles de données microbiennes est devenue l’un des moteurs de la recherche moderne sur le microbiome.

5. La science du microbiome devient davantage axée sur l’écosystème

Le plus grand changement conceptuel réside peut-être dans la façon dont les chercheurs envisagent désormais le microbiome lui-même.

Par le passé, l’analyse du microbiome se concentrait souvent sur des groupes bactériens individuels isolés. Aujourd’hui, de nombreux scientifiques considèrent de plus en plus le microbiome intestinal comme un système écologique dynamique⁷.

L’alimentation, le stress, le sommeil, les antibiotiques, l’environnement, la biologie de l’hôte et les interactions microbiennes influencent tous continuellement le microbiome.

Cette perspective à l’échelle du système nécessite des ensembles de données plus larges et des approches de séquençage plus complètes.

C’est l’une des raisons pour lesquelles la métagénomique shotgun devient de plus en plus importante :
elle permet aux chercheurs d’étudier le microbiome comme un écosystème complexe plutôt que comme un instantané bactérien limité.

Cela signifie-t-il que l’ARNr 16S n’est plus utile ?

Pas du tout.

Le séquençage de l’ARNr 16S reste utile pour :

• les grandes études de cohortes
• les projets exploratoires à moindre coût
• les aperçus généraux des communautés bactériennes
• certaines questions de recherche écologique

Il est toujours largement utilisé dans la science du microbiome.

Mais à mesure que les coûts de séquençage diminuent et que les outils informatiques s’améliorent, la recherche moderne sur le microbiome s’oriente de plus en plus vers des approches métagénomiques plus complètes.

Le domaine évolue de simples résumés bactériens vers des analyses plus approfondies à l’échelle de l’écosystème.

Et cette transition transforme la façon dont les scientifiques étudient le microbiome humain.

L’avenir de la recherche sur le microbiome

Le domaine du microbiome est encore jeune. De nombreuses questions restent sans réponse, et les chercheurs continuent d’affiner les méthodes d’étude et d’interprétation des écosystèmes microbiens.

Mais une chose devient de plus en plus claire :

La science du microbiome de demain sera probablement :

• plus riche en données
• plus axée sur l’écosystème
• plus orientée vers la fonction
• plus avancée sur le plan informatique
• plus haute résolution

Les technologies de séquençage modernes ouvrent des voies entièrement nouvelles pour explorer le monde microbien qui nous habite.

Et nous commençons à peine à en comprendre la complexité.

Le choix de la bonne technologie est important

Chaque méthode de séquençage a ses atouts, et le séquençage de l’ARNr 16S continue de jouer un rôle important dans la recherche sur le microbiome. Cependant, à mesure que les chercheurs recherchent des informations plus approfondies sur les écosystèmes microbiens, la métagénomique shotgun devient l’approche privilégiée pour étudier le microbiome intestinal à une résolution plus élevée et avec une plus grande profondeur fonctionnelle.

Comprendre ces différences aide les chercheurs, les professionnels de santé et les consommateurs à prendre des décisions plus éclairées, par exemple en choisissant la meilleure analyse du microbiome intestinal.

Références scientifiques

1. Johnson JS et al. Évaluation du séquençage du gène ARNr 16S pour l’analyse du microbiome au niveau des espèces et des souches. Nat Commun. 2019.
2. Huttenhower C et al. Structure, fonction et diversité du microbiome humain sain. Nature. 2012.
3. Quince C et al. Métagénomique shotgun, de l’échantillonnage à l’analyse. Nat Biotechnol. 2017.
4. Almeida A et al. Un catalogue unifié de 204 938 génomes de référence du microbiome intestinal humain. Nat Biotechnol. 2021.
5. Lloyd-Price J et al. Multi-omique de l’écosystème microbien intestinal dans les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin. Nature. 2019.
6. Qin J et al. Un catalogue de gènes microbiens de l’intestin humain établi par séquençage métagénomique. Nature. 2010.
7. Knight R et al. Le microbiome et la biologie humaine. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2017.