Gut microbiota alterations are linked to COVID-19 severity in North African and European populations

08 - Octobre - 2025

Marius Bredon, Pierre Hausfater, Loubna Khalki, Youssef Tijani, Amine Cheikh, Loic Brot, Laura Creusot, Nathalie Rolhion, François Trottein, Gérard Lambeau, Sophie Georgin-Lavialle, Alexandre Bleibtreu, Jean-Luc Baudel, Antoine Lefèvre, Patrick Emond, Florence Tubach, Noémie Simon-Tillaux, Tabassome Simon, Guy Gorotchov, Younes Zaid, Harry Sokol

NPJ Biofilms Microbiomes. 2025 juin 13;11(1):106


ABSTRACT:

Although COVID-19 primarily affects the respiratory system, many patients experience gastrointestinal symptoms, suggesting a role for the gut microbiota in disease pathogenesis. To explore this, we performed shotgun metagenomic sequencing on stool samples from 200 COVID-19 patients and 102 healthy controls in Morocco and France. Despite geographic differences in microbiota composition, patients with COVID-19 in both continents exhibited significant gut microbiota alterations, which were more pronounced in severe cases, with similar features compared with controls. Functional pathways, including L-Tryptophan biosynthesis, were disrupted, particularly in patients with severe disease. Machine learning models accurately predicted disease severity based on gut microbial profiles in the Moroccan cohort, though not in the French cohort. These results highlight consistent microbiota changes associated with COVID-19 and support a potential link between gut dysbiosis and disease severity.


Conflict of interest statement

Competing interests: H.S. report lecture fee, board membership, or consultancy from Amgen, Fresenius, IPSEN, Actial, Astellas, Danone, THAC, Biose, BiomX, Eligo, Immusmol, Adare, Nestle, Ferring, MSD, Bledina, Pfizer, Biocodex, BMS, Bromatech, Gilead, Janssen, Mayoli, Roche, Sanofi, Servier, Takeda, Abbvie, has stocks from Enterome bioscience and is co-founder of Exeliom Biosciences. The other authors declare that they have no competing interests. Ethics approval: The Moroccan part of the study was approved by the Local Ethics Committee of Cheikh Zaid Hospital (CEFCZ/PR/2020-PR04), Rabat, Morocco, and complies with the Declaration of Helsinki. The French part of the study was approved by a research ethics committee (CPP Ile de France XI, advice N°20026-80727) and authorized by the French agency for data security (Commission Nationale Informatique et Liberté: CNIL, authorization N°920123). The healthy subjects were recruited in the framework of the Suivitheque study (Comité de Protection des Personnes Ile-de-France IV, IRB 00003835, registration number 2012/05NICB).

Association entre l'infection à la COVID-19 et la composition en microbiote des cohortes marocaines et françaises. a Abondance relative de taxons procaryotes dans le microbiote des patients marocains et français COVID-19 et des sujets sains aux niveaux de phylum, de famille et de genre. b Variation expliquée dans la distance de Bray-Curtis (R 2) calculée à partir de tests PERMANOVA dans la population marocaine et française. Aucune association significative n’a été observée (FDR p value > 0,05) pour d’autres détails démographiques, covariables, ou informations de cours hospitaliers. c Indices de la diversité alpha (Shannon’s H et Chao1) calculés à partir des tableaux taxonomiques bruts des patients marocains et français COVID-19 et des sujets sains. Les tests de Wilcoxon ont été utilisés pour comparer les groupes. *p < 0,05; **p < 0,01; ***p < 0,001; ****p < 0,0001. d PCoA ont été construits à partir des matrices de dissemblance de Bray-Curtis construites à partir de l'abondance normalisée d'espèces de chaque microbiote. Les ellipses ont été attirées autour des centroïdes de chaque communauté émergente à des intervalles de confiance de 95% (intérieurs) et 97% (extérieurs).Taxon procaryote le plus abondant dans le microbiote de la population marocaine associé au COVID-19. Les couleurs sur la carte thermique représentent l'abondance à l'échelle (Z-score) de chaque taxon dans les échantillons. Les flèches au-dessus de la carte thermique correspondent aux résultats des analyses multivariables: la direction de chaque flèche indique si le taxon est plus ou moins abondant chez les patients COVID-19 par rapport aux sujets sains, et chez les patients sévères par rapport aux patients non sévères. La carte thermique a été divisée en trois groupes correspondant à des sujets sains, des patients non sévères et des patients sévères. Sur le côté droit de la carte thermique, le temps d’hospitalisation de chaque patient, son âge, sa présence de comorbidités, sa valeur ALT, son taux de protéines C-réactive et son nombre de lymphocytes sont affichés. Les histogrammes en haut à droite illustrent les différences de valeur de l'ALAT, du taux de protéines C-réactives et du nombre de lymphocytes entre les sujets sains, les patients non sévères et les patients sévères.Association entre la gravité de la maladie et la composition en microbiote des patients marocains. a Abondance relative de taxons procaryotes dans le microbiote marocain de patients sévères et non sévères et de sujets sains aux niveaux de phylum, de famille et de genre. b Indices de diversité alpha (Shannon’s H et Chao1) calculés à partir des tableaux taxonomiques bruts de patients sévères, non sévères et de sujets sains du Maroc. Les tests Kruskal-Wallis avec le test post-hoc de Dunn (méthode de correction de la valeur de Benjamini-Hochberg p) ont été utilisés pour comparer les trois groupes. *p < 0,05; **p < 0,01; ****p < 0,001; ****p < 0,0001. c variance expliquée dans la distance de Bray-Curtis (R 2) calculée à partir des tests PERMANOVA chez les patients marocains. Aucune association significative n'a été observée (valeur de P-RAD > 0,05) pour d'autres détails démographiques, des covariables ou de l'information sur les cours hospitaliers. d'une construction de PCoA à partir des matrices de dissemblance de Bray-Curtis construites à partir de l'abondance normalisée d'espèces de chaque microbiote. Les ellipses ont été attirées autour des centroïdes de chaque communauté émergente à des intervalles de confiance de 95% (intérieurs) et 97% (extérieurs).Association du COVID-19 et de sa gravité avec les fonctions du microbiote des patients marocains et français. Les PCoA ont été construits à partir de matrices de dissemblance Bray-Curtis (a, b) construites à partir de l'abondance normalisée de voies dans le microbiote (les analyses de gravité sont basées uniquement sur la population marocaine). Les ellipses ont été dessinées autour des centroïdes de chaque communauté émergente à des intervalles de confiance de 95% (intérieurs) et de 97% (extérieurs). c cRésultat de l'analyse MaAsLin2 pour la voie de biosynthèse L-tryptophane. d dMétabolites du tryptophane dont l'abondance était significativement différente entre les sujets sains, les patients sévères COVID-19 et les non-sévères. Les tests Kruskal-Wallis avec le test post-hoc de Dunn (méthode de correction de la valeur de Benjamini-Hochberg p) ont été utilisés pour comparer les trois groupes. *p < 0,05; **p < 0,01; ****p < 0,001; ****p < 0,0001. e La ’corrélation de Spearman entre les espèces de microbiotes et l’abondance des métabolites L-Tryptophane chez les patients marocains. Seules les corrélations avec une valeur q < 0,1 étaient représentées dans la carte thermique. Les couleurs représentent la force de la corrélation. Les nombres correspondent à des clusters basés sur la similarité de corrélation.Les voies les plus abondantes dans le microbiote de la population marocaine associée à l'infection à la COVID-19. Les couleurs sur la carte thermique représentent l'abondance à l'échelle (Z-score) de chaque voie dans les échantillons. Les flèches au-dessus de la carte thermique correspondent aux résultats des analyses multivariables: la direction de chaque flèche indique si la voie est plus ou moins abondante chez les patients COVID-19 par rapport aux sujets sains, et chez les patients sévères par rapport aux patients non sévères. La carte thermique a été divisée en trois groupes correspondant à des sujets sains, des patients non sévères et des patients sévères. Sur le côté droit de la carte thermique, le temps d’hospitalisation de chaque patient, son âge, sa présence de comorbidités, sa valeur ALT, son taux de protéines C-réactive et son nombre de lymphocytes sont affichés. Les histogrammes en haut à droite illustrent les différences de valeur de l'ALAT, du taux de protéines C-réactives et du nombre de lymphocytes entre les sujets sains, les patients non sévères et les patients sévères.Modèle de la gravité de la COVID-19. a Nombre de fois qu'une variable a été sélectionnée par VSURF dans 200 essais. b ASC moyenne sur 100 essais utilisant des forêts aléatoires en fonction du nombre de variables dans le modèle. c ASC moyenne sur 1000 essais utilisant des forêts aléatoires en fonction du nombre de variables dans le modèle. d Génères bactériens utilisés pour générer des modèles prédictifs de gravité COVID-19.

 

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