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L’évolution animale est sous l’influence microbienne constante1. À partir de divers microbes présents dans l’environnement, les hôtes animaux acquièrent des partenaires spécifiques2 qui étendent les capacités de l’hôte et déterminent sa physiologie et sa susceptibilité aux maladies3. Par exemple, les analyses métagénomiques du microbiome intestinal ont révélé des classes métaboliques enrichies de gènes microbiens qui peuvent conférer une plus grande récolte et stockage d’énergie chez les souris obèses4, dont beaucoup se trouvent également dans le microbiome intestinal humain5. Il y a encore un grand besoin d’établir des relations causales et d’identifier les déterminants moléculaires de l’impact du microbiome, bien que les progrès aient été entravés par la complexité du microbiome et la traçabilité des systèmes hôtes au criblage à grande échelle.
L’organisme modèle C. elegans fournit une plate-forme pour faire progresser la compréhension moléculaire des liens entre le microbiome et la physiologie de l’hôte. C. elegans possède 20 cellules intestinales avec une couche muqueuse et des structures de villosités. Ces cellules sont dotées d’abondants gènes chimiorécepteurs qui détectent les produits microbiens et produisent des molécules antimicrobiennes qui régulent potentiellement leurs colonisateurs intestinaux 6,7. Cette biologie conservée de C. elegans a conduit à un grand nombre de découvertes dans la signalisation de l’hôte qui régule les microbes intestinaux, y compris la signalisation de l’insuline, le TGF-bêta et la MAP Kinase 8,9,10.
C. elegans utilise les microbes à la fois comme régime alimentaire pour la croissance pendant le développement et comme microbiome à l’âge adulte. Avec l’âge, certains microbes peuvent s’accumuler trop dans la lumière intestinale et la relation hôte-microbe passe de la symbiose à la pathogenèse11. Dans son habitat naturel, C. elegans rencontre un large éventail d’espèces bactériennes12,13. Le séquençage de l’ADNr 16S à partir d’échantillons représentatifs prélevés dans des habitats naturels (fruits pourris, tiges végétales et vecteurs animaux) a révélé que le microbiome naturel de C. elegans est dominé par quatre phylums bactériens : les protéobactéries, les Bacteroidetes, les Firmicutes et les Actinobactéries. À l’intérieur de ces divisions, il y a une grande variation dans la diversité et la richesse des bactéries en fonction de l’habitat12,13,14,15. Plusieurs communautés définies ont été établies, y compris les collections de 63 membres (BIGbiome)16 et de 12 membres (CeMbio) représentant les principaux genres de microbiome créés pour la communauté de recherche de C. elegans 17. Les microbiomes et les souches constitutives peuvent avoir un impact diversifié sur la physiologie de C. elegans, comme la taille corporelle, les taux de croissance et les réponses au stress 9,16,17. Ces études fournissent des ressources et des exemples pour établir C. elegans comme modèle pour la recherche sur le microbiome.
Ici, un flux de travail basé sur un grand trieur de particules (LPS) (Figure 1) est présenté qui utilise le système C. elegans pour mesurer simultanément la composition du microbiome et les mesures de base de la physiologie de l’hôte à l’échelle de la population. Du côté microbien, le flux de travail est adaptable pour assembler un microbiome défini ou des microbes uniques afin de tester la robustesse et la plasticité de la communauté avec des interactions microbiennes croissantes. Du côté de l’hôte, le flux de travail permet des tests à haut débit pour mesurer les niveaux de colonisation des microbes fluorescents dans le microbiome et la lecture physiologique de l’hôte en termes de développement, de taille corporelle et de reproduction. Dans l’ensemble, le modèle de microbiome de C. elegans permet à des criblages à haut débit d’identifier les déterminants métaboliques et génétiques modulant la physiologie de l’hôte.