Concevoir une alimentation saine grâce à l’analyse informatique

Un nouveau modèle mathématique pour l’interaction des bactéries dans l’intestin pourrait aider à concevoir de nouveaux probiotiques et des régimes spécialement adaptés pour prévenir les maladies. La recherche, de l’Université de technologie Chalmers en Suède, a été récemment publiée dans la revue PNAS.

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

Le nouvel article décrit comment le modèle mathématique s’est comporté lors de la réalisation de prévisions relatives à deux études cliniques antérieures, l’une impliquant des nourrissons suédois et l’autre des adultes en Finlande souffrant d’obésité.

Les études impliquaient des mesures régulières d’indicateurs de santé, que les chercheurs ont comparés aux prédictions faites à partir de leur modèle mathématique – le modèle s’est avéré très précis pour prédire plusieurs variables, y compris comment le passage de l’alimentation liquide à la nourriture solide chez les nourrissons suédois a affecté leur composition bactérienne intestinale.

Ils ont également mesuré comment les bactéries intestinales des adultes obèses ont changé après le passage à un régime alimentaire plus restreint. Encore une fois, les prédictions du modèle se sont révélées fiables.

«Ce sont des résultats très encourageants, qui pourraient permettre la conception informatisée d’un système très complexe. Notre modèle pourrait donc être utilisé pour créer des régimes alimentaires sains personnalisés, avec la possibilité de prédire comment l’ajout de bactéries spécifiques en tant que nouveaux probiotiques pourrait avoir un impact sur la santé d’un patient. », déclare Jens Nielsen.

De nombreux facteurs en jeu

Il y a de nombreuses choses différentes qui affectent 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 que comment elles interagissent avec l’hôte – c’est-à-dire nous. Les bactéries sont également affectées par leurs facteurs environnementaux, tels que le régime alimentaire que nous mangeons.

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 affectera la composition intestinale. Pourront-ils y grandir ou pas? Comment vont-ils interagir et éventuellement affecter les bactéries déjà présentes dans l’intestin? Comment différents régimes 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 la manière dont elles interagissent. Il comprend également des données sur la façon dont les aliments se déplacent dans le tractus gastro-intestinal et affectent les bactéries en cours de route. Ces derniers peuvent être mesurés en examinant des échantillons de sang et en examinant les métabolites, les produits finaux qui se forment lorsque les bactéries décomposent différents types d’aliments », explique Jens Nielsen.

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

Un énorme atout potentiel 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 chez le grand public. Jens Nielsen explique pourquoi:

« Les changements dans la composition bactérienne peuvent être associés ou signifier un grand nombre de maux, tels que l’obésité, le diabète ou les maladies cardiovasculaires. Ils peuvent également affecter la façon dont le corps répond à certains types de traitements contre le cancer ou à des régimes spécialement développés. »

Travailler avec la composition bactérienne offre donc le potentiel d’influencer l’évolution des maladies et la santé globale. Cela peut être fait grâce à un traitement avec des probiotiques – des bactéries soigneusement sélectionnées qui sont censées contribuer à l’amélioration de la santé.

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

Le traitement du cancer avec des anticorps est un autre domaine dans lequel le modèle pourrait être utilisé pour analyser le microbiome, 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.