Lorsque les biomes deviennent malsains, soit par l’invasion d’agents pathogènes extérieurs, soit par un changement majeur dans le nombre relatif des espèces microbiennes présentes, une dysbiose ou un déséquilibre du microbiote se produit. Cette dysbiose peut altérer le métabolisme humain et provoquer une inflammation, associée aux lésions tissulaires observées dans la colite ulcéreuse, la polyarthrite rhumatoïde et de nombreuses autres maladies inflammatoires chroniques.

En étudiant 130 échantillons provenant des dons de cerveaux de 32 personnes – 16 atteintes de la maladie d’Alzheimer et 16 témoins du même âge sans maladie, les chercheurs de Drexel ont découvert une flore bactérienne dans tous les cerveaux – mais les cerveaux des personnes atteintes d’Alzheimer présentaient des profils bactériens profondément différents par rapport à leur âge. -contrôles assortis.

Le groupe a utilisé le séquençage complet du gène de l’ARN ribosomal 16s, une technique qui peut détecter toutes les espèces bactériennes présentes dans un échantillon. Dans ce processus, les chercheurs ont identifié des ensembles de bactéries spécifiques à la maladie dans presque tous les cerveaux touchés par la maladie d’Alzheimer, ce qui suggère que ces groupes de bactéries sont de puissants prédicteurs de la maladie.

Les auteurs ont détecté cinq microbiomes cérébraux, dont quatre seraient présents à différents moments de l’évolution des cerveaux atteints de la maladie d’Alzheimer. Les auteurs ont déclaré qu’il est probable que les microbiomes observés dans la maladie d’Alzheimer évoluent pour devenir plus pathogènes à mesure que la maladie progresse, les stades ultérieurs étant caractérisés comme pathobiome. Les auteurs émettent l’hypothèse que le cerveau commence avec un biome sain, mais que, à mesure que la maladie se développe, le biome sain est supplanté par un nouvel ensemble de microbes qui remplacent les microbes sains d’origine, avec l’émergence éventuelle du pathobiome d’Alzheimer.

Des échantillons des deux ensembles d’échantillons cérébraux ont été prélevés dans les lobes frontaux et temporaux et dans le cortex entorhinal. Basés sur la distribution aléatoire des microbiomes nécessitant une distribution dans tout le cerveau, les résultats étaient cohérents avec une défaillance d’un ou plusieurs réseaux cérébraux ; cependant, il est trop tôt pour dire si les schémas de distribution observés résultent d’une fuite de la barrière hémato-encéphalique, du système glymphatique du cerveau ou d’une transmission synaptonémique qui a permis aux bactéries, notamment Cutibactérie acnés (anciennement appelé Proprionibactérie acnés), Méthylobactérie, Bacillus, Caulobacter, Delftia et Variovora pour entrer dans le cerveau. Dans les échantillons de cerveau de la maladie d’Alzheimer, ont noté les chercheurs, ces bactéries pathogènes semblaient avoir dominé et remplacé Comamonas sp. bactéries, associées à un cerveau sans démence.

« Peut-être la destruction du Comamonas les bactéries, qui font partie d’un microbiome cérébral sain, sont le premier signe d’une démence imminente », a déclaré Garth D. Ehrlich, Ph.D., professeur à la Faculté de médecine, qui était l’un des auteurs principaux de l’article. « Nous abordons maintenant les questions qui guideront les études futures, mais les hypothèses sont nombreuses. Le coupable pourrait être une bactérie ou autre chose – comme des champignons, des parasites ou des virus – en même temps. »

Lorsqu’un patient souffre de la maladie d’Alzheimer, il présente une inflammation du cerveau caractérisée par des dépôts de bêta-amyloïde qui sont formés par une augmentation de la production de l’acide A? peptide (un peptide antimicrobien, qui fait partie de la réponse immunitaire innée) entraînant la formation de plaques amyloïdes dans le cerveau. De même, la maladie d’Alzheimer se caractérise par des enchevêtrements de protéines tau dans les cellules, caractérisés par une phosphorylation anormale qui conduit finalement à la destruction des synapses et des neurones, mais dont il a également été démontré qu’ils aident à arrêter la propagation d’agents pathogènes dans le cerveau.

Ces pathologies liées aux protéines – connues sous le nom d’« hypothèse de la cascade amyloïde » – sont au centre des recherches sur la maladie d’Alzheimer depuis des décennies. Récemment, des études remettent en question ce modèle en suggérant un rôle pour les bactéries, les champignons et les virus, ainsi que pour l’inflammation du système immunitaire et du cerveau, que certains chercheurs appellent « l’hypothèse pathogène ».

« Plusieurs études ont montré la présence de bactéries dans les cerveaux atteints de la maladie d’Alzheimer », a déclaré Jeffrey Lapides, Ph.D., professeur agrégé adjoint à la Faculté de médecine et auteur principal de l’étude. « Peut-être que les plaques, dont les constituants ont des propriétés antimicrobiennes in vitro, ne sont pas la cause directe de la maladie d’Alzheimer, mais plutôt une réponse aux bactéries présentes dans le cerveau – certaines bénignes, d’autres pathogènes, causant peut-être des dommages qui n’ont pas encore abouti. déficits cognitifs, les rendant partie intégrante du pathobiome. »

Cet ensemble unique de bactéries présentes dans les cerveaux atteints de la maladie d’Alzheimer se retrouve également couramment dans les cerveaux atteints de la maladie neurodégénérative, la sclérose latérale amyotrophique, ou SLA, ce qui suggère que cet ensemble de bactéries peut contribuer à plus d’une maladie neurologique.

Selon les auteurs, la prochaine étape de cette recherche consiste à étudier les contributions possibles d’autres microbes et à comprendre ce qui s’est passé physiologiquement dans le cerveau pour que ce microbiome change au fil du temps.

« Le développement de la maladie d’Alzheimer et d’autres démences est complexe et implique probablement l’interaction de nombreux systèmes », a déclaré Ehrlich. « Je crois que plus vous contractez d’infections dans le cerveau, plus votre risque de développer la maladie d’Alzheimer est élevé. De nombreux agents pathogènes augmentent probablement le risque. Ce pathobiome n’est pas la réponse complète, mais c’est une pièce du puzzle. »

L’emplacement exact des bactéries problématiques dans le cerveau est également une question ouverte, selon l’équipe. Les chercheurs doivent savoir plus précisément où se trouvent les bactéries pour mieux comprendre le rôle qu’elles jouent. Les auteurs ont découvert que lorsqu’un pathobiome malsain est localisé dans le lobe frontal, la probabilité que la maladie d’Alzheimer soit présente est très élevée. Il est moins susceptible de se développer dans le lobe temporal.

Malgré les nombreuses inconnues, les auteurs estiment qu’il s’agit d’un pas en avant important dans l’étude du microbiome.

« La force de nos travaux réside également dans la combinaison d’une technologie de séquençage révolutionnaire et des approches statistiques les plus avancées et innovantes », a déclaré l’auteur principal. Yves Moné, PhD, associé de recherche à la Faculté de médecine. « L’analyse des données du microbiome est notoirement difficile sans aucun étalon-or et ce travail pourrait contribuer de manière significative au domaine de l’analyse des données du microbiome. »

On estime que 6,7 millions d’Américains souffrent de la maladie d’Alzheimer et que ce nombre devrait doubler d’ici 2050, selon l’Association Alzheimer. Les National Institutes of Health ont augmenté leur financement pour la recherche sur la démence et la maladie d’Alzheimer ces dernières années, consacrant actuellement un 3,7 milliards de dollars budget annuel pour le diagnostic et le développement de médicaments, ainsi que d’autres études sur d’autres thérapies possibles.

Ehrlich et ses collègues sont membres de l’Alzheimer’s Pathobiome Initiative, un groupe de chercheurs nouvellement formé développant des études pilotes qui recherchent des infections chez les patients atteints de démence et d’Alzheimer, dans le but éventuel de découvrir si l’administration de médicaments antimicrobiens aux patients infectés avant l’apparition de la maladie les symptômes ralentissent ou préviennent les symptômes de la maladie.

Le travail a été financé par le projet Oskar Fischer, une organisation philanthropique financée par James Truchard, PhD, ainsi que par la Fondation Bill et Marion Cook et le Drexel’s College of Medicine.