Vaccin contre le champignon mortel chytride prépare le microbiote des grenouilles pour une exposition future.

11 juin 2023

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par l'Université d'État de Pennsylvanie

Le microbiome d'un humain ou d'un animal - la collection de micro-organismes souvent bénéfiques, y compris les bactéries et les champignons, qui vivent sur ou à l'intérieur d'un organisme hôte - peut jouer un rôle important dans la réponse immunitaire globale de l'hôte, mais il n'est pas clair comment les vaccins contre les pathogènes nocifs affectent le microbiome. Une nouvelle étude menée par des chercheurs de Penn State a découvert qu'un nouveau vaccin contre le champignon mortel chytride chez les grenouilles peut modifier la composition du microbiome, rendant les grenouilles plus résilientes à une exposition future au champignon.

La recherche, publiée le 12 juin dans un numéro spécial du journal Philosophical Transactions of the Royal Society B, suggère que la réponse du microbiome pourrait être une partie importante et négligée de l'efficacité des vaccins.

« Les micro-organismes qui constituent le microbiome d'un animal peuvent souvent aider à se défendre contre les pathogènes, par exemple en produisant des substances bénéfiques ou en concurrençant les pathogènes pour l'espace ou les nutriments », a déclaré Gui Becker, professeur agrégé de biologie à Penn State et chef de l'équipe de recherche. « Mais que se passe-t-il avec votre microbiome lorsque vous recevez un vaccin, comme un vaccin COVID, un vaccin contre la grippe, ou un vaccin atténué vivant comme le vaccin contre la fièvre jaune ? Dans cette étude, nous avons utilisé des grenouilles comme système modèle pour commencer à explorer cette question. »

Les grenouilles et autres amphibiens sont menacés par le champignon chytride, qui a conduit à l'extinction de certaines espèces et à de graves déclins de population chez des centaines d'autres sur plusieurs continents. Chez les espèces sensibles, le champignon cause une maladie de la peau parfois mortelle.

« Le chytride est l'un des pires, sinon le pire, pathogène pour la conservation de la faune dans l'histoire récente, et il est impératif de développer des outils pour contrôler sa propagation », a déclaré Becker, qui est également membre du One Health Microbiome Center et du Center for Infectious Disease Dynamics à Penn State. « Nous avons découvert que, dans certains cas, les vaccins peuvent induire un changement protecteur dans le microbiome, ce qui suggère que la manipulation soigneuse du microbiome pourrait être utilisée comme partie d'une stratégie plus large pour aider les amphibiens, et peut-être d'autres vertébrés, à faire face aux pathogènes émergents. »

Les chercheurs ont appliqué un vaccin, dans ce cas une dose non létale d'un produit métabolique créé par le champignon chytride sur les têtards. Après cinq semaines, ils ont observé comment la composition du microbiome avait changé, identifiant des espèces individuelles de bactéries et leurs proportions relatives. Les chercheurs ont également cultivé chaque espèce de bactéries en laboratoire et ont testé si les produits spécifiques à chaque bactérie facilitaient, inhibaient ou n'avaient aucun effet sur la croissance du chytride, ajoutant et comparant les résultats avec une grande base de données de ces informations.

« Augmenter la concentration et la durée de l'exposition au produit chytride prophylactique a significativement modifié la composition du microbiome de sorte qu'il y avait une plus grande proportion de bactéries produisant des substances anti-chytride », a déclaré Samantha Siomko, étudiante de master dans le laboratoire de Becker à l'Université de l'Alabama au moment de la recherche et première auteure de l'article. « Ce changement protecteur suggère que, si un animal était exposé au même champignon à nouveau, son microbiome serait mieux capable de combattre le pathogène. »

Les tentatives précédentes pour induire un changement protecteur dans le microbiome ont reposé sur l'ajout d'une ou plusieurs espèces de bactéries connues pour produire des métabolites antifongiques puissants, c'est-à-dire des probiotiques. Cependant, selon les chercheurs, les bactéries doivent rivaliser avec d'autres espèces dans le microbiome et ne sont pas toujours capables de s'établir en tant que membre permanent du microbiome.

« Ces grenouilles ont des centaines d'espèces de bactéries sur leur peau qu'elles recueillent de leur environnement, et la composition change régulièrement, y compris avec la saison », a déclaré Becker. « Tenter de manipuler la communauté, par exemple en ajoutant un probiotique bactérien, est difficile, car les dynamiques dans la communauté sont si complexes et imprévisibles. Nos résultats sont prometteurs car nous avons essentiellement manipulé l'ensemble de la communauté bactérienne dans une direction qui est plus efficace pour lutter contre le pathogène fongique sans ajouter une chose vivante qui doit rivaliser pour les ressources pour survivre. »

Notably, the overall number of species—the diversity—within the microbiome was not impacted, only the composition and relative proportions of species. The researchers believe this is positive, as declines in the diversity of the frog microbiome can often lead to illness or death, and it is generally accepted that maintaining a diverse microbiome allows the community of bacteria and microbe species to respond to threats more dynamically and with higher functional redundancy.

The researchers suggest that this adaptive shift in the microbiome composition, which they call the 'microbiome memory,' could play an important role in vaccine efficacy. In addition to understanding the mechanisms behind the shift, the research team hopes to study the idea of microbiome memory in adult frogs as well as other vertebrate species in the future.

'Our collaborative team implemented a prophylaxis technique that relied on metabolic product derived from the chytrid fungus,' said Becker. 'It's possible that vaccines based on mRNA or live cells—like those often used to protect against bacterial or viral infections—may differently affect the microbiome, and we are excited to explore this possibility.'

In addition to Becker and Siomko, the research team includes Teagan McMahon—who developed the prophylaxis method—at the University of Connecticut; Sasha Greenspan, Wesley Neely, and Stanislava Chtarbanova at the University of Alabama; Douglas Woodhams at the University of Massachusetts; and K. M. Barnett at Emory University.

Journal information: Philosophical Transactions of the Royal Society B

Provided by Pennsylvania State University