Custom Probe-Based Spatial Transcriptomics Enables Microbiome Detection in FFPE Colorectal Cancer Tissue

Au cœur de chaque tumeur se cache un monde invisible. Depuis des années, les scientifiques savent que des bactéries vivent au sein des cancers humains, non pas comme de simples passagers accidentels, mais comme des participants actifs capables d'influencer la croissance d'une maladie, la réaction du système immunitaire et même la réponse d'un patient à un traitement. Ces communautés microscopiques ne sont pas dispersées de manière aléatoire ; elles forment des quartiers spécifiques au sein du tissu, interagissant avec les cellules humaines de manières complexes. Pour comprendre ces interactions, les chercheurs doivent visualiser où se trouvent les bactéries par rapport aux cellules humaines, un peu comme une carte qui montrerait à la fois les maisons et les personnes qui y vivent. Pendant longtemps, ce type de cartographie détaillée n'était possible qu'avec des échantillons de tissus frais, qui sont rares et difficiles à collecter. La grande majorité des dossiers médicaux, cependant, est constituée de tissus conservés dans des blocs de cire, une méthode qui est la norme depuis des décennies mais qui était auparavant jugée trop dégradée pour ce genre de travail de détective bactérien à haute résolution.

Une équipe de chercheurs a désormais comblé cette lacune, en développant une nouvelle façon de cartographier les bactéries à l'intérieur de ces échantillons de tissus conservés. En adaptant une technologie conçue pour lire les gènes humains, ils ont créé un ensemble personnalisé d'outils moléculaires capables également de trouver et de localiser des types spécifiques de bactéries. Ils ont testé cette approche sur des échantillons de cancer colorectal, une maladie où la relation entre les bactéries et les tumeurs est particulièrement importante. Leur travail prouve qu'il est possible de visualiser l'arrangement spatial des microbes dans de vieux spécimens médicaux archivés sans perdre la capacité de lire le code génétique humain parallèlement. Cela ouvre la voie à l'étude de décennies d'échantillons de patients stockés pour comprendre comment les bactéries influencent le cancer de manières qui étaient auparavant invisibles.

Les chercheurs ont commencé par concevoir un nouvel ensemble de sondes moléculaires, qui sont essentiellement de minuscules étiquettes sur mesure qui se fixent à des séquences génétiques spécifiques. Dans ce cas, ils ont ciblé le code génétique des bactéries, plus précisément les régions variables d'une molécule appelée ARNr 16S, qui agit comme un identifiant unique pour différents groupes bactériens. Ils ont conçu ces sondes pour fonctionner avec une plateforme d'imagerie moderne appelée Visium CytAssist, un système qui capture l'information génétique à partir de fines coupes de tissu tout en préservant leur forme et leur emplacement d'origine. Le défi consistait à faire fonctionner ces sondes bactériennes aux côtés des sondes standard utilisées pour lire les gènes humains, en veillant à ce que les deux systèmes n'interfèrent pas l'un avec l'autre. Ils ont créé un pool de 195 paires de ces sondes, ciblant 15 groupes différents de bactéries connus pour être pertinents dans le cancer colorectal, et les ont mélangés au kit de test standard.

Pour tester l'efficacité de cette nouvelle méthode, l'équipe l'a appliquée à six échantillons de tissu colorectal conservés dans des blocs de cire. Trois de ces échantillons provenaient de tumeurs, et trois de tissus sains prélevés chez les mêmes patients à proximité de la tumeur. Le processus impliquait de trancher le tissu, de le traiter avec le mélange de sondes personnalisé, puis d'utiliser une machine pour lire les signaux génétiques. Les résultats ont été immédiats et clairs : le système a détecté avec succès à la fois les gènes humains et les signaux bactériens dans les mêmes coupes de tissu. Crucialement, la présence des sondes bactériennes n'a pas perturbé la lecture des gènes humains. Lorsque les chercheurs ont analysé les données génétiques humaines, les cellules se sont organisées selon les modèles attendus, avec des groupes distincts pour la paroi du côlon, les couches musculaires et les cellules immunitaires, tout comme dans un tissu frais. Cela a confirmé que la nouvelle méthode était sûre et n'endommageait pas les informations délicates stockées dans les échantillons conservés.

La découverte la plus excitante est survenue lorsque les chercheurs ont examiné l'emplacement des bactéries. Dans les échantillons de tissus sains, les signaux bactériens se trouvaient principalement à la surface même, tapissant l'intérieur du côlon, ce qui correspond à la façon dont les bactéries vivent naturellement dans un intestin sain. Cependant, les échantillons de tumeurs ont raconté une histoire plus complexe. Dans la plupart des échantillons de tumeurs, les bactéries se trouvaient dans de petits amas concentrés. Mais un échantillon de tumeur spécifique s'est distingué de manière spectaculaire. Il contenait une quantité de signal bactérien bien plus élevée que les autres, et ces bactéries n'étaient pas seulement assises à la surface ; elles étaient profondément ancrées au sein même du tissu tumoral.

Lorsque les chercheurs ont regardé de plus près les types de bactéries dans cette tumeur à haut signal, ils ont trouvé deux groupes principaux : l'un lié à un genre appelé Porphyromonas et un autre lié à Bacteroides-Phocaeicola. Bien que les deux groupes soient présents dans toute la tumeur, ils suivaient des trajectoires différentes en pénétrant dans le tissu. Un groupe semblait pénétrer dans la tumeur dans une direction ou à un rythme différent de l'autre. Cela suggère que différents types de bactéries pourraient envahir la tumeur de manières uniques, interagissant potentiellement de manière différente avec les cellules humaines qui les entourent. La capacité de voir ces motifs distincts dans un seul échantillon est une chose que les anciennes méthodes ne pouvaient atteindre, car celles-ci auraient mélangé toutes les bactéries ensemble, perdant ainsi l'information sur l'endroit exact où chaque type vivait réellement.

Cette étude ne prétend pas avoir résolu le mystère de la façon dont les bactéries provoquent le cancer, ni elle ne prouve que ces bactéries spécifiques sont les seuls moteurs de la maladie. Au lieu de cela, elle établit une nouvelle capacité. Elle montre que les scientifiques peuvent désormais prendre les vastes archives d'échantillons de tissus préservés des hôlots du monde entier et commencer à cartographier les communautés bactériennes à l'intérieur de ceux-ci avec une grande précision. Les chercheurs ont noté que, puisque leur méthode utilise des sondes spécifiques, ils ne peuvent trouver que les bactéries pour lesquelles ils ont conçu les sondes, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas découvrir d'espèces entièrement nouvelles et inconnues avec cette configuration précise. Cependant, le système est assez flexible pour être étendu avec plus de sondes à l'avenir.

Les conclusions soulignent également l'importance de l'examen de l'arrangement spatial des microbes. Le fait que différentes bactéries présentent des modèles de distribution distincts au sein de la même tumeur suggère que leur emplacement importe. Certaines pourraient rôder à la surface, tandis que d'autres infiltrent activement le cœur du cancer. Ce niveau de détail était auparavant impossible à obtenir à partir du type de spécimen médical le plus courant. En prouvant que cette technique fonctionne sur des tissus fixés au formol et inclus en paraffine, les chercheurs ont fourni un cadre général qui peut être appliqué à d'autres maladies et à d'autres types d'échantillons préservés. Cela transforme la façon dont les scientifiques peuvent regarder en arrière dans l'histoire médicale, leur permettant de poser de nouvelles questions sur le monde microbien invisible qui vit dans nos corps et sur la façon dont il façonne notre santé.