La science animale est un domaine très vaste qui aborde de nombreux sujets importants liés, entre autres, aux bonnes pratiques et au bien-être animal, au dépistage des maladies, à l'élevage, à la génomique des animaux destinés à l'alimentation et à la découverte de biomarqueurs permettant d'identifier des caractères hautement recherchés.
La métabolomique est un domaine en pleine expansion, qui offre un large éventail d'applications et qui est fréquemment utilisée dans la recherche animale afin d'apporter un contexte phénotypique aux processus physiologiques et physiopathologiques. Nous abordons ici plusieurs cas dans lesquels la métabolomique a permis d'apporter des éclairages importants dans le cadre d'études menées sur des animaux.
Les chats atteints d’une insuffisance rénale chronique (IRC) ont du mal à maintenir leur poids corporel en raison d’une fonte musculaire. La bétaïne est connue pour protéger les reins contre les déséquilibres hydriques, tandis que les prébiotiques peuvent améliorer l’absorption des nutriments et moduler favorablement le microbiote intestinal. Dans cette étude, Hall et ses collègues ont évalué les effets combinés d’une alimentation à base de bétaïne et de prébiotiques sur le poids corporel de chats atteints d’IRC et de chats en bonne santé1.
Tous les animaux de l'étude ont été nourris avec l'alimentation de pré-essai pendant 28 jours, puis répartis de manière aléatoire entre le groupe témoin et le groupe test pendant 8 semaines. Au bout de 8 semaines, chaque groupe est passé à l'alimentation alternative pendant 8 semaines. À la fin de chaque période d'alimentation, les biomarqueurs de la fonction rénale ont été analysés dans des échantillons de plasma, d'urine et de selles. L'indice de masse corporelle total a également été mesuré. Les chats atteints d'IRC ayant consommé l'alimentation test présentaient un poids corporel significativement plus élevé que ceux du groupe témoin. L'alimentation expérimentale n'a pas eu d'effet sur l'indice de masse corporelle totale des chats en bonne santé.
Les composés indoliques issus du métabolisme bactérien ont diminué dans l'urine et augmenté dans les selles des chats atteints d'IRC nourris avec l'aliment testé. Les concentrations plasmatiques présentaient une corrélation négative avec le niveau de fonction rénale, ce qui indique un bénéfice potentiel lié à la consommation de l'aliment testé. Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent que la bétaïne et les prébiotiques pourraient augmenter l'indice de masse corporelle totale des chats atteints d'IRC en améliorant le métabolisme du carbone à un atome.
L'insuffisance pancréatique exocrine (IPE) est une maladie digestive chez le chien causée par une sécrétion insuffisante d'enzymes digestives par le pancréas exocrine. Cette affection est traitée par un apport oral d'enzymes pancréatiques exocrines de substitution, mais les symptômes, en particulier la diarrhée, persistent généralement après le traitement. Afin de mieux comprendre la ou les causes sous-jacentes de ce phénomène, Barko et ses collègues ont évalué le métabolome sérique global de chiens atteints d'IPE symptomatique et de chiens en bonne santé2.
Par rapport au groupe témoin, les taux d’acides gras et d’acides aminés observés chez les chiens atteints d’EPI étaient compatibles avec une malnutrition et des carences en macronutriments. Les altérations de la flore intestinale chez ces chiens indiquaient une inflammation intestinale. Dans l’ensemble, cette étude a permis de mieux caractériser les mécanismes métaboliques sous-jacents à l’EPI symptomatique ; des études complémentaires pourraient déterminer si ces perturbations métaboliques sont associées à la physiopathologie de la maladie, si elles contribuent à la persistance des symptômes chez les animaux traités, ou s’il s’agit d’une combinaison des deux.
L'hémolyse d'effort est provoquée par des contractions musculaires répétées résultant d'un effort intense, qui entraînent une compression des capillaires, puis une lésion et une rupture des érythrocytes. L'hémolyse est fréquente dans les courses d'endurance équines, mais peu d'études ont porté sur l'hémolyse d'effort chez le cheval à l'aide de la métabolomique.
Dans une étude, Pakula et ses collègues ont cherché à caractériser de manière approfondie l'hémolyse induite par l'effort chez les chevaux d'endurance afin de mieux comprendre ce processus et, éventuellement, d'en prévenir les conséquences³. Le plasma de 47 chevaux arabes d'endurance a été prélevé avant et après avoir parcouru une distance de 80, 100 ou 120 km, puis analysé pour déterminer les taux d'hème, de bilirubine et de biliverdine. Chacun de ces métabolites présentait une augmentation significative après la course, et une corrélation a été observée entre ces paramètres, la vitesse moyenne et la distance parcourue.
Les taux de marqueurs d'hémolyse étaient les plus élevés chez les chevaux éliminés de la course pour des raisons métaboliques, par rapport à ceux qui ont terminé la course. Dans l'ensemble, ces résultats établissent un lien entre l'hémolyse et l'intensité de l'effort chez les chevaux d'endurance et soulignent l'importance de respecter les limites des chevaux afin d'éviter des conséquences néfastes.
L’entéropathie chronique féline (CE) est une affection gastro-intestinale courante chez le chat, qui englobe principalement la maladie inflammatoire chronique de l’intestin (MICI) et le lymphome à petites cellules (LPC). Le diagnostic et la différenciation de ces affections nécessitent des procédures invasives, notamment une biopsie du tissu intestinal. Des études menées chez l’homme montrent que la MICI s’accompagne de modifications métaboliques globales, ce qui peut s’avérer utile pour différencier les sous-types de la MICI que sont la maladie de Crohn et la colite ulcéreuse. De telles études n’ont pas été réalisées chez les chats atteints de CE. Dans cet article, Marsilio et ses collègues ont émis l’hypothèse que les perturbations métaboliques observées chez les chats atteints d’EC permettraient de distinguer la MICI du LPC4.
36 chats ont été inclus dans l’étude, dont 14 en bonne santé et 22 atteints de CE (11 atteints de MICI et 11 atteints de SCL). Une analyse métabolomique non ciblée a été réalisée sur des échantillons de selles prélevés sur chaque animal de l’étude. Les différences d’abondance des métabolites fécaux entre les chats témoins et ceux atteints de CE ont été évaluées à l’aide d’un test de Mann-Whitney. Les différences entre les sous-groupes IBD et SCL ont été calculées à l’aide du test de Dunn. Une analyse en composantes principales (ACP) et un regroupement hiérarchique ont été effectués, et une régression « Random Forest » a été utilisée pour évaluer la précision avec laquelle les différences métaboliques permettaient de classer les sous-types de la maladie.
Sur les 856 métabolites détectés, 84 présentaient des différences significatives entre les chats du groupe témoin et ceux atteints de CE. L’analyse en composantes principales (ACP) et le regroupement hiérarchique ont mis en évidence une séparation entre le groupe témoin et les groupes atteints de CE, mais aucune séparation visible entre les chats atteints de MICI et ceux atteints de SCL (figures 1A et 1B). Pour la comparaison entre les chats du groupe témoin et ceux atteints de CE, la classification par forêt aléatoire a permis d’obtenir une précision de 80 % dans la prédiction des groupes, tandis que la précision de la prédiction entre les groupes MICI et SCL était de 53 %. Un graphique d’importance de la forêt aléatoire a mis en évidence 7 métabolites clés pour distinguer les chats du groupe témoin de ceux du groupe CE : la sphingomyéline (d18:1/14:0, d16:1/16:0), le 3-(3-hydroxyphényl)propionate, la bêta-cryptoxanthine, le myristoléate (14:1n5), le N1-méthyl-4-pyridone-3-carboxamide, le 2-oxindole-3-acétate et le 5-hydroxyindoleacétate (figure 1C). Dans l’ensemble, ces données offrent un premier aperçu des perturbations métaboliques observées chez les chats atteints de CE, qui ressemblent aux schémas observés chez l’homme et dans d’autres modèles animaux. Des études de suivi portant sur le métabolome muqueux et sérique des chats atteints de CE pourraient permettre de mieux élucider l’origine de ces perturbations métaboliques et d’approfondir la compréhension de la pathogenèse.
Figure 1. Analyse multivariée du microbiome fécal de chats en bonne santé et de chats atteints d’entéropathie chronique. (a) Carte thermique présentant les métabolites présentant des différences significatives entre les chats en bonne santé et les chats atteints d’une maladie inflammatoire de l’intestin (MII) ou d’un lymphome alimentaire à petites cellules (SCL). Les groupes sont représentés par les barres colorées en haut de la figure : rouge (chats en bonne santé, n = 14), vert (MII, n = 11) et bleu (SCL, n = 11). Des groupes distincts peuvent être identifiés entre les chats en bonne santé et les chats atteints d’entéropathie chronique (CE), mais pas entre les sous-groupes de maladies que sont la MICI et le SCL. (b) Graphiques de scores PCA des métabolites présents dans les selles de chats en bonne santé (vert) et de chats atteints d’entéropathie chronique (CE, rouge). (c) Graphique d’importance de la méthode Random Forest.
Une fois que l'on a pris la mesure de toute la valeur de la métabolomique, la seule question qui reste est la suivante : qui la maîtrise le mieux ? Si de nombreux laboratoires disposent de capacités en matière de profilage métabolique ou de chimie analytique, les technologies de métabolomique complètes sont extrêmement rares.
L'identification précise et impartiale des métabolites à l'échelle de l'ensemble du métabolome pose des défis en matière de rapport signal/bruit que très peu de laboratoires sont en mesure de relever. De plus, la transformation de quantités massives de données en informations exploitables est un processus lent, voire impossible, pour la plupart d'entre eux, car une interprétation correcte nécessite deux éléments qui font défaut : l'expérience et une base de données exhaustive.
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2. Barko, P.C., et al., « Analyse non ciblée des métabolomes sériques chez les chiens atteints d'insuffisance pancréatique exocrine ». Animals (Bâle), 2023. 13(14).
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