Quantification de l’absorption de glycanes marqués par fluorescence pour élucider la variabilité du comportement de recherche de nourriture des bactéries du rumen au niveau de la souche

Citation

Klassen, L., Reintjes, G., Tingley, J.P., Jones, D.R., Hehemann, J.H., Smith, A.D., Schwinghamer, T.D., Arnosti, C., Jin, L., Alexander, T.W., Amundsen, C., Thomas, D., Amann, R., McAllister, T.A., Abbott, D.W. (2021). Quantifying fluorescent glycan uptake to elucidate strain-level variability in foraging behaviors of rumen bacteria. Microbiome, [online] 9(1), http://dx.doi.org/10.1186/s40168-020-00975-x

Résumé en langage clair

Le microbiome du rumen joue un rôle vital dans la digestion des fibres et la santé de l’hôte. En approfondissant notre compréhension des voies métaboliques des glucides codées dans le microbiome du rumen, nous recueillerons des renseignements de base sur la façon dont le microbiome fonctionne pour digérer les aliments et sur la façon dont les glycanes du régime alimentaire des bovins influent sur leur physiologie. À l’heure actuelle, notre connaissance des voies microbiennes du rumen repose en grande partie sur des inférences découlant des données de séquençage ou de la culture de bactéries en laboratoire. De nouvelles approches plus directes peuvent aider à éclairer la fonction des cellules bactériennes dans ces communautés et fournir des évaluations précises et rapides des capacités métaboliques. Dans la présente étude, nous avons utilisé des polysaccharides marqués par fluorescence pour visualiser le métabolisme des glucides par les cellules bactériennes dans des échantillons complexes du rumen. Des souches de Bacteroides thetaiotaomicron capables de métaboliser les mannanes de levures, des glucides avec un potentiel prébiotique, ont été isolées du rumen de bovins de boucherie et caractérisées à l’aide du séquençage du génome entier, du séquençage de l’ARN et des empreintes des enzymes à activité glucidique pour élucider les différences dans le métabolisme du mannane de levure au niveau de la souche. En utilisant cette combinaison de techniques, nous avons pu déterminer que le transport des glucides dans la cellule est le processus limitatif pour la détermination du potentiel de croissance des différentes bactéries du rumen.

Résumé

© 2021, les auteurs. Les microbiomes intestinaux, comme la communauté microbienne qui colonise le rumen, ont un vaste potentiel catabolique et jouent un rôle vital dans la santé et la nutrition de l’hôte. En élargissant notre compréhension des voies métaboliques dans ces écosystèmes, nous recueillerons des renseignements de base pour manipuler la structure et la fonction des microbiomes afin d’influer sur la physiologie de l’hôte. À l’heure actuelle, notre connaissance des voies métaboliques repose en grande partie sur des inférences découlant de la métagénomique ou de la culture de bactéries in vitro. Cependant, de nouvelles approches ciblant des physiologies cellulaires particulières peuvent mettre en lumière le potentiel fonctionnel codé dans les (méta)génomes microbiens pour fournir des évaluations précises des capacités métaboliques. À l’aide de polysaccharides marqués par fluorescence, nous avons visualisé le métabolisme des glucides par les cellules bactériennes isolées d’un échantillon complexe du rumen, ce qui nous a permis d’évaluer rapidement leur phénotype métabolique. Plus précisément, nous avons relevé des souches de Bacteroides thetaiotaomicron adaptées aux bovins qui métabolisent les mannanes de levures dans le microbiome du rumen ex vivo et nous avons discerné les différences mécanistes entre deux comportements distincts de recherche de glucides, appelés « croissance moyenne » et « croissance élevée ». À l’aide du séquençage comparatif du génome entier, du séquençage de l’ARN et des empreintes des enzymes à activité glucidique, nous avons pu élucider la variabilité des systèmes d’utilisation des glucides des deux comportements de recherche de nourriture au niveau de la souche afin de mieux prédire les stratégies individuelles d’acquisition des nutriments. Nous présentons ici une étude à volets multiples faisant appel à des approches complémentaires physiologiques et « omiques » de nouvelle génération pour caractériser l’adaptation microbienne à un prébiotique dans l’écosystème du rumen. [MediaObject non disponible : voir le texte intégral.]