Comprendre comment Aspergillus fumigatus façonne les poumons

Les souches d’Aspergillus fumigatus qui infectent l’homme ont un métabolisme significativement altéré par rapport aux autres souches présentes dans l’environnement. Dans le même temps, l’infection par le champignon entraîne une modification apparente du microbiome pulmonaire humain. Des chercheurs de l’Institut Leibniz pour la recherche sur les produits naturels et la biologie des infections (Leibniz-HKI) à Iéna, en Allemagne, sont arrivés à cette conclusion après avoir utilisé des modèles d’apprentissage automatique pour analyser les données génomiques d’environ 250 souches fongiques et les données sur le microbiome pulmonaire de 40 patients.

Le champignon Aspergillus fumigatus est largement répandu dans l’environnement, où il remplit d’importantes fonctions écologiques. En même temps, c’est un agent pathogène opportuniste de l’homme. Cela signifie qu’il peut infecter les personnes dont le système immunitaire est affaibli et provoquer des maladies potentiellement mortelles comme l’aspergillose. Le traitement est difficile en raison du nombre limité de médicaments disponibles pour les infections fongiques.

Cependant, comme l’ont découvert les chercheurs de Leibniz-HKI, les souches fongiques trouvées dans l’environnement et les souches cliniques des échantillons de patients diffèrent considérablement. Dans une étude précédente, l’équipe a déjà découvert que les informations génétiques d’environ 250 souches d’Aspergillus fumigatus d’origines différentes ne correspondaient qu’à environ 70 %. En comparaison, les informations génétiques des humains et des porcs sont identiques à environ 95 %.

“Dans l’étude actuelle, nous nous sommes concentrés sur l’impact de ces différences génomiques sur le métabolisme fongique en présence d’un microbiome pulmonaire complexe”, a déclaré le responsable de l’étude, Gianni Panagiotou. Il dirige le département Microbiome Dynamics à Leibniz-HKI et est professeur à l’Université Friedrich Schiller à Iéna, en Allemagne. “Comprendre ce qui pourrait entraîner la croissance fongique, et donc la survie, d’A. fumigatus dans différents habitats pourrait faire avancer le développement de stratégies prophylactiques ou thérapeutiques pour contrôler les niveaux d’agents pathogènes fongiques.”

L’équipe de recherche a développé des modèles informatiques qui prédisent les réactions métaboliques et les produits pour les 250 souches différentes, sur la base des données génomiques et des connaissances actuelles des voies métaboliques. “Ce faisant, nous avons constaté que les souches cliniques diffèrent considérablement des souches environnementales, en particulier dans le domaine de la synthèse des acides aminés”, explique Mohammad Mirhakkak, l’un des deux auteurs principaux.

Mirhakkak et son co-premier auteur Xiuqiang Chen ont ensuite utilisé le modèle qu’ils ont développé pour étudier des échantillons de 40 patients atteints de mucoviscidose avant et après une infection confirmée à Aspergillus fumigatus. En utilisant les données de métagénome des échantillons, ils ont pu déchiffrer la composition du microbiome pulmonaire avant et après l’infection. En d’autres termes, ils ont déterminé les micro-organismes qui vivent dans les poumons de chaque patient.

“Nous avons utilisé ces données pour alimenter notre modèle et avons constaté qu’Aspergillus fumigatus semble façonner le microbiome pulmonaire à son avantage”, explique Chen. Même lorsque les chercheurs ont simulé des soi-disant knock-outs – des souches de champignons qui ne sont pas viables par elles-mêmes car certaines voies métaboliques ont été désactivées – ils ont survécu grâce à l’aide du microbiome pulmonaire. Au moins dans la simulation informatique, d’autres micro-organismes ont ensuite pris le relais de la production de métabolites vitaux.

“Nos résultats montrent que lors du développement de nouveaux médicaments, nous devons garder à l’esprit, d’une part, l’énorme variabilité du métabolisme d’Aspergillus fumigatus, et d’autre part, que nous devons également garder à l’esprit l’ensemble du microbiome, ” dit Panagiotou.

Le travail est publié dans la revue Communication Nature.

Fourni par l’Institut Leibniz pour la recherche sur les produits naturels et la biologie des infections – Institut Hans Knoell –