La peau humaine fonctionne comme une barrière physique à l’invasion d’agents pathogènes étrangers et abrite de nombreux commensaux. Des changements dans le microbiome de la peau humaine ont été associés à des conditions allant de l’acné à la dermatite atopique. Des enquêtes métagénomiques antérieures sur le rôle du microbiome cutané dans la santé ou la maladie ont révélé qu’une grande partie des données séquencées ne correspondent pas aux génomes de référence, ce qui rend difficile l’interprétation des ensembles de données métagénomiques. Dans une nouvelle étude, des chercheurs ont combiné la culture bactérienne et le séquençage métagénomique pour assembler la Skin Microbial Genome Collection (SMGC), qui comprend 622 espèces procaryotes dérivées de 7 535 génomes assemblés par métagénome et 251 génomes isolés. Les ensembles de données métagénomiques qu’ils ont générés ont été combinés avec des ensembles de données métagénomiques de la peau accessibles au public pour identifier les membres et les fonctions du microbiome de la peau humaine. La collection SMGC comprend 174 espèces bactériennes nouvellement identifiées et 12 genres bactériens nouvellement identifiés, y compris le genre abondant «Candidatus Pellibacterium», qui a été récemment associé à la peau.
Des chercheurs de l’EMBL’s European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI), du National Human Genome Research Institute (NHGRI) des National Institutes of Health (NIH), du NIH National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases et de leurs collègues ont identifié de nouvelles espèces bactériennes et fongiques, ainsi que des virus dans le microbiome de la peau humaine. Dans leur étude, publiée dans Nature Microbiology, les chercheurs ont séquencé les génomes des micro-organismes détectés dans 594 échantillons prélevés sur différentes surfaces cutanées de 12 volontaires sains. En combinant la culture traditionnelle en laboratoire avec une approche de séquençage métagénomique, les chercheurs ont pu créer la Skin Microbial Genome Collection (SMGC) – une collection de génomes de référence pour le microbiome de la peau humaine.
Données représentant la diversité des microbes présents dans le microbiome de la peau humaine. Crédit : © Karen Arnott/EMBL.
Le microbiome humain
Les microbiomes – communautés de micro-organismes – se trouvent partout, des océans et du sol à l’intestin humain et à la surface de la peau. La peau humaine fonctionne comme une barrière physique à l’invasion d’agents pathogènes étrangers et abrite de nombreux commensaux. On pense que le microbiome cutané joue un rôle clé dans la santé et les maladies de la peau. En effet, certains micro-organismes du microbiome cutané sont associés à différentes affections cutanées, notamment l’acné et l’eczéma. Des enquêtes métagénomiques antérieures sur le rôle du microbiome cutané dans la santé ou la maladie ont révélé qu’une grande partie des données séquencées ne correspondent pas aux génomes de référence, ce qui rend difficile l’interprétation des ensembles de données métagénomiques.
Diversité de notre microbiome cutané
Les chercheurs ont utilisé de vastes méthodes de culture en laboratoire, le séquençage métagénomique et des métagénomes cutanés accessibles au public pour obtenir des nouvelles informations sur l’étendue de la diversité au sein du microbiome cutané. Cette étude s’est principalement concentrée sur des individus d’Amérique du Nord, mais les travaux futurs viseront à étendre le SMGC en utilisant des échantillons de différentes populations. “Ce travail est une étape majeure vers l’obtention d’un schéma génomique complet du microbiome cutané”, a déclaré Julie Segre, chercheuse principale au NHGRI. “Nous espérons que ces données soutiendront de futures enquêtes améliorant notre compréhension de la santé et des maladies de la peau”.
Les chercheurs ont combiné la culture bactérienne et le séquençage métagénomique pour assembler la Skin Microbial Genome Collection (SMGC), qui comprend 622 espèces procaryotes dérivées de 7 535 génomes assemblés par métagénome et 251 génomes isolés. Les ensembles de données métagénomiques qu’ils ont générés ont été combinés avec des ensembles de données métagénomiques de la peau accessibles au public pour identifier les membres et les fonctions du microbiome de la peau humaine. Ils ont validé les génomes assemblés par métagénome SMGC en les comparant avec des isolats séquencés obtenus à partir des mêmes échantillons et ont également récupéré 12 espèces eucaryotes et assemblé des milliers de séquences virales, y compris des clades de phages jumbo nouvellement identifiés. Le SMGC a permis la classification d’une médiane de 85 % des séquences métagénomiques cutanées et a fourni une vue complète de la diversité du microbiome cutané, provenant principalement d’échantillons obtenus en Amérique du Nord.
“Nous avons découvert des milliers de séquences virales, dont de nombreux phages jumbo – de très gros virus qui infectent les bactéries – le plus souvent à la surface des mains et des pieds de nos volontaires”, a déclaré Sara Kashaf, doctorante au NIH et à l’EMBL-EBI. “Ces zones du corps ont des microbiomes très diversifiés, ce qui est logique car nous utilisons constamment nos mains pour toucher de nouvelles choses dans notre environnement. Nos futurs travaux viseront à comprendre ce que font ces différents microbes au sein de ces communautés”.
Nouveaux eucaryotes, bactéries et virus
La collection SMGC comprend 174 espèces bactériennes jusqu’alors inconnues, quatre nouveaux eucaryotes, y compris le genre abondant «Candidatus Pellibacterium», et 20 nouveaux phages jumbo – des virus avec un génome supérieur à 200 kilobases, 3 à 5 fois plus grand qu’un virus moyen. Les chercheurs travaillaient auparavant avec une connaissance incomplète de la composition bactérienne du microbiome cutané. Cependant, cette recherche élargit le catalogue des bactéries cutanées connues de 26 %.
“En plus des bactéries et des virus que nous récupérons normalement en métagénomique, nous avons également trouvé douze génomes d’eucaryotes unicellulaires – des champignons, comme la levure – de la peau humaine. Certains de ces génomes étaient déjà connus, comme Malassezia globosa, qui a été associé au mycobiome de la peau saine mais a également été associé à des conditions telles que les pellicules. L’utilisation des mêmes méthodes qui ont récupéré huit génomes connus nous donne confiance dans les quatre nouveaux eucaryotes que nous avons trouvés”, déclare Rob Finn, chef de groupe à l’EMBL-EBI. “L’examen des modèles de ces nouveaux eucaryotes a révélé que l’un d’eux était très courant chez les volontaires et peut être trouvé sur beaucoup d’entre nous”.
Toutes ces données seront bientôt accessibles gratuitement sous la forme d’un nouveau catalogue de génomes dans la ressource de données MGnify , où les chercheurs peuvent trouver une vaste gamme d’ensembles de données sur le microbiome, y compris pour l’intestin humain.
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Saheb Kashaf, S., Proctor, D.M., Deming, C. et al. Integrating cultivation and metagenomics for a multi-kingdom view of skin microbiome diversity and functions. Nat Microbiol 7, 169–179 (2022). DOI: 10.1038/s41564-021-01011-w