UNIVERSITE MOHAMMED V - RABAT
FACULTE DE MEDECINE ET DE PHARMACIE - RABAT
JURY
Mr. M. ZOUHDI PRESIDENT Professeur de Microbiologie Mr. Y. SEKHSOKH RAPPORTEUR Professeur de Microbiologie Mme. S. TELLAL Professeur de Biochimie Mr. A. GAOUZI Professeur de pédiatrie Mr. Y. BOUSLIMANE Professeur de Toxicologie Mr. T. DOBLALI Professeur de MicrobiologieANNEE : 2019
THESE N° : 96
LE RÔLE DU MICROBIOTE INTESTINAL ET SON RETENTISSEMENT
SUR LA PRÉVALENCE DES MALADIES MÉTABOLIQUES
THESE
Présentée et soutenue publiquement le : 31 / 12 / 2019
PAR
Mme. ER-RAZINE RIME
De L’Ecole Royale Du Service De Santé Militaire-Rabat
Née le 24 Mars 1995 à Fès
MOTS CLES : Microbiote Intestinal – Dysbiose – Maladies métaboliques-Probiotiques – Prébiotiques – Antibiotiques – Transplantation fécale.
١
٣
Louange à « Allah » Qui m’a
guidé sur le droit chemin tout au
long du travail Qui m’a inspiré
les bons pas et les justes réflexes
Louanges et remerciements Pour
À ceux qui me sont les plus chers
À ceux qui ont toujours cru en moi
À ceux qui m’ont toujours
encouragée Je dédie cette thèse
À
FEU SA MAJESTÉ LE ROI
HASSAN II
Que Dieu ait son âme en sa
Sainte Miséricorde.
À
SA MAJESTÉ LE ROI MOHAMED VI
Chef Suprême et Chef d’Etat-Major
Général des Forces Armées Royales
Roi du MAROC et garant de son
intégrité territoriale
À SON ALTESSE ROYALE LE
PRINCE HÉRITIER MOULAY
EL HASSAN
SON ALTESSE ROYALE
LE PRINCE MOULAY RACHID
À
Monsieur le Général de Corps d’Armée
Abdelfattah LOUARAK
Inspecteur Général des FAR et Commandant de la
Zone Sud
En témoignage de notre grand respect
C’est avec beaucoup de fierté, d’accomplissement, et de
soulagement que je dépose cette thèse qui vient marquer la
fin d’un long parcours universitaire, et qui signe par le fait
même le passage de mon rôle
d’étudiante à celui de pharmacienne, ce qui représente une
étape très importante de ma vie. C’est avec honneur que je
À MES TRES CHERS PARENTS
Naima EL MOUTTAKI
Mohammed ER-RAZINE
En témoignage de mon amour,
et ma grande reconnaissance pour tous les sacrifices
que vous avez consentis pour mon éducation sur le plan culturel et
affectif.
Vous n’avez pas cessé de me soutenir et de m’encourager
tout au long de ces années.
Vos prières ont été pour moi d’un grand soutien moral.
Je vous présente mon travail pour vous rendre hommage
et vous remercier pour vos grands efforts accomplis à mon égard.
Sans votre présence dans ma vie, sans votre soutien inestimable,
sans votre dévouement incomparable, je n’aurais réalisé mes
ambitions.
Puisse Dieu tout puissant vous protéger du mal
et vous procurer une longue vie pleine de santé et de bonheur
À
MON CHER FRERE Tareq et son épouse Meryem
MON CHER FRERE Soufiane et son épouse Ihsane
Vous qui êtes à mes côtés, pour partager mes joies
et m’épauler en cas de détresse.
Vous êtes mes anges gardiens et mes fidèles compagnons.
Je vous remercie pour votre affection, votre aide et votre soutien
qui ont marqué tous les stades de ma vie.
Je vous dédie ce travail en témoignage de tous les bons moments
qu’on a vécus ensemble, de l'amour et du soutien
que vous m'avez toujours apporté.
Je vous remercie énormément et j'espère que vous trouverez
dans ce travail
l'expression de ma profonde affection pour vous.
Je souhaite, pour chacun de vous, un avenir fleurissant
et une vie pleine de bonheur, de santé et de prospérité.
Que Dieu vous protège et consolide les liens sacrés qui
J’aurai tant aimé que vous soyez présents aujourd’hui.
Que Dieu ait vos âmes et vous accueille dans son paradis
en vous entourant de sa sainte miséricorde.
Merci de m’avoir comblée de votre attention et de vos prières.
Je vous dédie ce travail en reconnaissance de l’amour
que vous m’avez offert depuis mon mariage,
de tous les sacrifices que vous vous êtes imposés
pour assurer notre vie de couple et notre bien-être,
de votre tolérance, et de votre bonté exceptionnelle
En souvenir des moments merveilleux que nous avons passés
depuis notre enfance, et aux liens solides qui nous unissent. Je
vous dédie cette thèse tout en vous souhaitant une longue vie
pleine de réussite, de santé et de bonheur.
Je n’oublierai jamais les moments agréables qu’on a vécus
ensemble. Je suis très chanceuse de t’avoir rencontré, tu as su me
réconforter et me soutenir, tu es pour moi une sœur d’une autre
mère sur qui je peux continuellement compter. Je ne peux trouver
les mots justes et sincères pour t’exprimer l’amour que je te porte.
En témoignage de l’amitié qui nous unit et des souvenirs de tous
les moments que nous avons passés ensemble.
Je te dédie ce travail et je te souhaite une vie pleine de succès et
de bonheur dans ta vie future en espérant de tout mon cœur que
Je ne peux trouver les mots pour vous exprimer
mon affection et mes pensées, vous êtes pour moi
des sœurs sur qui je peux compter. En témoignage
de l’amitié qui nous uni et des souvenirs de tous les
moments que nous avons passés ensemble, je vous
dédie ce travail et je vous souhaite une vie pleine de
Mme. Saida TELLAL Professeur de Biochimie
A la faculté de Médecine et de Pharmacie de Rabat
Mr. Ahmed GAOUZI Professeur de Pédiatrie
A la faculté de Médecine et de Pharmacie de Rabat
Vous nous avez reçus avec beaucoup d’amabilité,
nous en avons été touchés.
C’est pour nous un grand honneur de vous avoir
dans notre Jury de thèse.
Veuillez recevoir l’expression de ma reconnaissance
et de mon respect.
Mr. Y. Bousslimane Professeur de toxicologie
A la faculté de Médecine et de Pharmacie de Rabat
Grand honneur est celui de vous avoir parmi les membres de
jury
de notre thèse.
Nous sommes profondément touchés par votre gentillesse,
votre accueil.
Votre compétence et votre dynamisme ont suscité en nous
une grande admiration.
Mr. T. Doblali Professeur de bactériologie
A la faculté de Médecine et de Pharmacie de Rabat
Vous nous avez reçus avec beaucoup d’amabilité,
nous en avons été touchés.
C’est pour nous un grand honneur de vous avoir dans notre Jury
pour juger notre travail.
Veuillez recevoir l’expression de ma reconnaissance et de mon
respect.
Liste des abréviations
AB : ABCA1 : ADA : ADN : ADNc : AG : AGCC : ANSM : Apo : ARN : ARNm : ARNr : ARNt : AVC : BP : Acide biliaire ATP-Binding Cassette 1Association Américaine du Diabète
Acide désoxyribonucléique
Acide désoxyribonucléique complémentaire
Acide gras
Acides gras à chaines courtes
Agence national de sécurité des médicaments et des produits de santé
Apolipoprotéine
Acide ribonucléique
Acide ribonucléique messager
Acide ribonucléique ribosomal
Acide ribonucléique de transfert
Accident vasculaire cérébral
C. : CCK : CD : CEH : CHC : CPA : DGGE : ERG : FAO/OMS : FMT FOS : G6P : GIP : GLP-1 : GRAS : GOS : HA : HAA : Clostridium CholéCystokinine-PancréoZymine Cluster de différenciation
Cellules étoilées hépatiques
Carcinome hépatocellulaire
Cellules présentatrices d’Antigènes
Electrophorèse sur gel en gradient dénaturant
Electrorétinographie
Food and Agriculture Organization / Organisation mondiale de la santé
Fécal Microbiota Transplant Fructo-OligoSaccharides
Glucose-6-phosphatase
Gastric inhibitory peptide
Glucagon-like peptide-1
Generally Recognized as Safe
Galacto-OligoSaccharides
Hépatite Alcoolique
HBV : HCV : HDL : HFE : HTA : HTAP : HVG : IDL : Ig A : IFN- γ : IGF-1 : IL : IMC : INRA : IRS : JNK : KC : LAL Virus de l’Hépatite B Virus de l’hépatite C
High density protein
High Fe
Hypertension artérielle
Hypertension artérielle pulmonaire
Hypertrophie ventriculaire gauche
Intermediate Density Lipoprotein
Immunoglobuline A
Interféron gamma
insulin-like growth factor-1
Interleukine
Indice de masse corporelle
Institut Scientifique de Recherche
Insuline récepteur substrat
jun N-terminal kinase
Cellule de Kupffer
LBP : LDL : LPL : LPS : LTh : LTreg : LSEC : MALDI- TOF : MAF MetaHIT : MTEV : NAFLD : NASH : NF-κB: NHANES NKT : OD : OMS : Lipopolysaccharide-binding protein
Low density protein
Lipoprotéine lipase
Lipopolysaccharide
Lymphocyte T helper
Lymphocyte T regulator
liver sinusoidal endothelial cell
Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation – Time of Flight
Maladies alcooliques du foie
Metagenomics of the Human Intestinal Tract
Maladie Thromboembolique Veineuse
Non Alcoholic Fatty Liver Disease
Non Alcoholic Steatohepatitis
Nuclear Factor-kappa-light-chainenhancer of activated B cells
National Health And Nutrition Examination Survey
Natural killer T
OligoDextranes
PAM : PI3K : PKC : RCH : RMN : SOLiD : TG : TGF ‐β : TLR : TMAO : TNF- α : TOS : TTGE : TUs : UFC : UPR : VLDL : Peptides antimicrobiens Phosphoinositide 3-kinase Protéine Kinase C Rectocolite hémorragique
Résonance Magnétique Nucléaire
Single responsibility principle, Open/closed, Liskov substitution principle, Interface segregation principle, Dependency inversion principle
Triglycérides
TGF‐β Transforming Growth Factor‐β Toll like receptor
Oxyde De Triméthylamine Tumor Necrosis Factor alpha Transgalacto-OligoSaccharides
Electrophorèse sur gel en gradient de température Operational Taxonomic Unit
Unités formant colonie Unfolded protein response Very low-density lipoprotein
Liste des figures :
Figure 1 : Epithélium intestinal [3] ... 5 Figure 2 : Principales méthodes d’analyses du microbiote intestinal [3] ... 6 Figure 3 : Arbre phylogénétique représentant les différents sous-ensembles (phylums) des groupes bactériens composant le microbiote intestinal [27] ... 13 Figure 4 : Microbiote humain : formation et évolution aux différentes étapes de la vie selon les perturbations [30] ... 15 Figure 5 : Principaux facteurs influençant la colonisation physiologique de l’intestin par le microbiote intestinal [33] ... 16 Figure 6 : Profil d’établissement du microbiote au cours des premiers jours de vie d’un enfant né à terme, par voie basse et allaité [48] ... 18 Figure 7 : Les conditions écologiques qui conditionnent le développement des bactéries au niveau du tractus digestif [68-70] ... 20 Figure 8 : Evolution du microbiote intestinal au cours des deux premières années de vie [75] ... 22 Figure 9 : Interactions microflore et orientation de la réponse immunitaire [92] ... 25 Figure 10 : Les différentes fonctions du microbiote intestinal [93] ... 26 Figure 11 : Schéma global de la chaîne trophique de dégradation et de fermentation des glucides par la microflore colique [94] ... 27 Figure 12 : Principales voies du métabolisme des protéines dans le côlon [94] ... 29 Figure 13 : Devenir de l’hydrogène dans le côlon [94]... 31 Figure 14 : Organisation schématique de la barrière intestinale [107] ... 33 Figure 15 : Organisation simplifiée de l’immunité intestinale en condition physiologique [107] ... 35 Figure 16 : Corpulence selon l'Indice de Masse Corporelle [113] ... 38 Figure 17 : Facteurs impliqués dans le développement de l’obésité [115] ... 40 Figure 18 : Histoire naturelle de l’obésité [117] ... 41 Figure 19 : Complications et pathologies associées à l’obésité [118]... 42 Figure 20 : Adaptation du cœur à l’obésité et à l’hypertension [125]... 45 Figure 21 : Résistance à l’insuline et hyperglycémie [132] ... 51 Figure 22 : Anatomie du pancréas [133] ... 53 Figure 23 : Rôle du pancréas dans le contrôle de la glycémie [134] ... 54 Figure 24 : Histologie du pancréas endocrine [135] ... 55
Figure 25 : Structure de l’insuline [136] ... 56 Figure 26 : Synthèse de l’insuline [137] ... 57 Figure 27 : Mécanisme cellulaire de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose [138] ... 58 Figure 28 : Régulation de la sécrétion de l’insuline [139] ... 58 Figure 29 : Stimulation / inhibition de la sécrétion de l’insuline ... 59 Figure 30 : Structure du glucagon [140] ... 60 Figure 31 : Régulation de la sécrétion du glucagon par les cellules α ... 61 Figure 32 : Représentation simplifiée de la progression de l’insulinorésistance lors de développement du diabète de type 2 [107] ... 63 Figure 33 : Tissu adipeux et insulinorésistance [146] ... 65 Figure 34 : Facteurs impliqués dans l’altération de l’insulinosécrétion [150] ... 67 Figure 35 : Rétinopathie diabétique [155]... 69 Figure 36 : Les quatre stades de l’artériopathie des membres inférieurs [162] ... 72 Figure 37 : Anatomie du foie [166] ... 76 Figure 38 : Localisation du foie dans le système digestif et une anatomie plus précise de cet organe [167] ... 78 Figure 39 : la circulation du sang et de la bile dans le foie (ou réseau vasculaire et des voies biliaires hépatiques) [168] ... 79 Figure 40 : Organisation et vascularisation d’un lobule hépatique [93] ... 80 Figure 41 : Différentes fonctions du foie [93]... 81 Figure 42 : Transport et métabolisme des lipides [93] ... 83 Figure 43 : Cycle entéro-hépatique [93] ... 84 Figure 44 : Structure du tissu hépatique [171] ... 86 Figure 45 : Différentes populations cellulaires hépatiques [93] ... 88 Figure 46 : Différentes hépatopathies [93] ... 89 Figure 47 : Maladies génétiques liées aux lipoprotéines [93] ... 91 Figure 48 : Différents stades des hépatopathies liées à la NAFLD [93] ... 94 Figure 49 : Différents stades de fibrose [179] ... 95 Figure 50 : Homologies entre NAFLD et MAF [93] ... 97 Figure 51 : Progression des stades au cours de la MAF [93] ... 98 Figure 52 : Origine intestinale de l’inflammation de bas grade caractéristique des maladies métaboliques [107]. ... 101 Figure 53 : Dysbiose et insulinorésistance [220] ... 105
Figure 54 : Réaction inflammatoire induite par les LPS [218] ... 106 Figure 55 : Le microbiote dans les maladies du foie [223] ... 108 Figure 56 : Caractéristiques des souches probiotiques [251] ... 112 Figure 57 : Mécanismes d’action et effets des probiotiques [254] ... 113 Figure 58 : La procédure de la transplantation fécale [107] ... 129 Figure 59 : Effets de la transplantation fécale [326] ... 131
Liste des tableaux :
Tableau I : Les 5 stades de l’Edmonton Obesity Staging System ... 41 Tableau II : Stades de la néphropathie diabétique [157] ... 70 Tableau III : Principaux antidiabétiques et leurs caractéristiques [165] ... 75 Tableau IV : Critères de sélection d’organismes probiotiques [270, 271] ... 116 Tableau V : Critères de sélection d’organismes probiotiques et effets spécifiques recherchés [273]. ... 117 Tableau VI: Profil idéal du donneur lors de la transplantation fécale ... 128
Table des matières :
INTRODUCTION ... 1 Chapitre I: Le microbiote intestinal ... 3 I. Microbiote et écosystème du tube digestif de l’homme sain ... 4 II. Microbiote et écosystème du tube digestif de l’homme sain ... 4
1. L’épithélium intestinal ... 4
2. Méthodes d’analyse de la composition du microbiote intestinal ... 5
2.1 Les techniques basées sur la culture... 6
2.2 Techniques basées sur la biologie moléculaire ... 7
3. Les différents micro-organismes qui forment le microbiote intestinal ... 12
3.1 Les bactéries ... 12
3.2 Les autres micro-organismes ... 14
4. Variation de la flore intestinale au cours du temps ... 15
4.1 Facteurs influençant l’établissement, l’évolution et la stabilité du microbiote intestinal ... 15
4.1.1 In utéro ... 17 4.1.2 Microbiote intestinal chez le nouveau-né... 17 4.1.3 Microbiote intestinal chez l’enfant ... 19 4.1.4 Microbiote intestinal chez l’adulte ... 19 4.1.5 Le microbiote intestinal chez les personnes âgées ... 21
4.2 Autres facteurs qui peuvent affecter le microbiote intestinal indépendamment de l’âge ... 21
4.2.1 L’alimentation ... 21 4.2.2 L’usage des médicaments ... 23 4.2.3 Hospitalisation ... 24
4.3 Homéostasie et stabilité du microbiote intestinal ... 24
III. Les fonctions du microbiote intestinal ... 26
1. Fonctions métaboliques et nutritionnelles ... 26
1.1 Métabolisme des glucides ... 26
1.2 Métabolisme des protéines ... 28
1.3 Métabolisme des lipides ... 30
1.4 Métabolisme des gaz ... 31
1.5 Synthèse vitaminique ... 32
2. Effet de barrière et de protection ... 32
3. Fonction immunitaire ... 34
Chapitre II: Maladies métaboliques ... 37 I. Surpoids et obésité ... 38 1. Définition et types : ... 38 2. Physiopathologie de l’obésité ... 39 3. Complications de l’obésité ... 42 3.1 Complications métaboliques ... 42 3.2 Complications cardiovasculaires ... 44 3.3 Complications respiratoires ... 46 3.4 Complications ostéo-articulaires ... 47 3.5 Cancers ... 47 3.6 Complications dermatologiques... 48
3.7 Complications veineuses et lymphatiques ... 48
4. Prise en charge de l'obésité ... 48
II. Diabète ... 51
1. Définitions ... 51
1.1 Définition et symptômes... 51
1.2 Classification ... 52
1.3 Épidémiologie ... 52
2. Physiopathologie du diabète type 2 ... 53
2.1 Rappels anatomiques et histologiques du pancréas ... 53
2.1.1 Anatomie macroscopique de la glande pancréatique ... 53 2.1.2 Histologie de la glande endocrine ... 54
2.2 Pancréas endocrine ... 55 2.2.1 Insuline ... 55 2.2.2 Glucagon ... 60 2.2.3 Somatostatine... 62 3. Physiopathologie ... 62 3.1 Insulinorésistance ... 63 3.2 Altération de l’insulinosécrétion ... 66
4. Complications du diabète type 2 ... 67
4.1 Complications Aigues ... 67
4.2 Complications chroniques ... 68
4.2.1 Les microangiopathies ... 68 4.2.2 Les macroangiopathies ... 71
5. Prise en charge ... 74
1. Le foie ... 76
1.1 Anatomie du foie ... 77
1.2 Fonctions hépatiques ... 81
1.2.1 Synthèse et redistribution des nutriments ... 81 1.2.2 Stockage ... 85 1.2.3 Détoxification ... 85
1.3 Les cellules du foie... 86
1.3.1 Les hépatocytes ... 86 1.3.2 Les cellules endothéliales sinusoïdales hépatiques ... 87 1.3.3 Les cellules étoilées hépatiques ... 87
2. Immunité du foie ... 88
3. Pathologies hépatiques... 89
3.1 Les hépatopathies héréditaires ... 90
3.2 Les hépatopathies virales ... 92
3.3 Les hépatopathies médicamenteuses ... 92
3.4 Les hépatopathies métaboliques ... 93
3.4.1 Hépatopathies liées à l’obésité ou NAFLD ... 93 3.4.2 Hépatopathies liées à l’alcoolisme ... 96
Chapitre III: Impact du microbiote intestinal dans le développement des maladies métaboliques et les différentes perspectives thérapeutiques ... 100 I. Le rôle causal du microbiote intestinal dans les maladies métaboliques ... 101
1. Lien entre le microbiote intestinal et l’obésité ... 101
2. Lien entre le microbiote intestinal et diabète ... 105
3. Lien entre le microbiote intestinal et pathologies hépatiques ... 107
II. Les actualités des stratégies thérapeutiques modulants le microbiote intestinal ... 111
2. Les probiotiques ... 111
1.1 Définition du concept ... 111
1.2 Mécanismes d’action et effets positifs ... 112
1.3 Critères de sélection ... 116
1.4 Sécurité ... 117
1.5 Indications ... 118
2. Les prébiotiques ... 121
2.1 Définition du concept ... 121
2.2 Mécanismes d’action et effets positifs ... 122
2.3 Critères de sélection ... 124
2.5 Indications ... 125
3. Les symbiotiques ... 126
4. La transplantation fécale ... 127
4.1 Historique ... 127
4.2 Sélection du donneur et mode opératoire ... 127
4.3 Indications ... 130
5. Antibiothérapie ... 131
III. Rôle du pharmacien d’officine dans la prévention de la dysbiose... 132
1. Les bonnes pratiques d’utilisation médicamenteuse ... 132
2. Les conseils hygiéno-diététiques ... 135
Conclusion…. ... 136 Résumés……. ... 136
P a g e 1 | 145
P a g e 2 | 145
Le microbiote est l’ensemble des micro-organismes commensaux, vivant dans un environnement qui lui est propre. Sa composition varie au cours du temps et en fonction de la niche écologique à laquelle il est rattaché, chaque niche ayant des conditions physico-chimiques différentes (milieux intestinal, buccal, génital, cutané…). Le microbiote intestinal, particulièrement celui présent dans la lumière colique, est le plus abondant. Avec environ 1000 espèces différentes, cet écosystème microbien occupe une place de premier ordre au sein de l’organisme, en participant à de nombreux processus métaboliques. Les techniques de biologie moléculaire ont permis l’analyse avancée du microbiote, et l’identification de sa fonctionnalité pour l’hôte. Il possède un large spectre d’action, avec comme fonctions principales la fermentation, la digestion de fibres, le métabolisme des protéines et lipides, la synthèse de vitamines, la fonction de barrière contre les agents pathogènes ainsi que son implication dans le système immunitaire. La flore microbienne se trouve, en temps normal, à l’état d’équilibre dit eubiose. Toutefois, l’altération de cet équilibre, provoquée par une pathologie gastro-intestinale, une antibiothérapie, un changement de mode de vie, de régime alimentaire ou encore le stress est appelée dysbiose. L’incrimination de ce déséquilibre dans de nombreuses pathologies a permis la compréhension de l’origine de certaines maladies, notamment les pathologies métaboliques (diabète, maladies hépatiques …) ou celles corrélées à des mécanismes auto-immuns ou inflammatoires.
De nos jours, de nombreux antibiotiques et compléments alimentaires à base de probiotiques, de prébiotiques ou symbiotiques sont vendus en pharmacie et permettent la modulation du microbiote intestinal. Par ailleurs, le rôle du pharmacien consiste à sensibiliser les patients au bon usage des médicaments et leur donner des conseils hygiéno-diététiques.
De plus, la transplantation fécale également appelée « bactériothérapie fécale » ou « greffe fécale » représente un axe thérapeutique dans des pathologies potentiellement graves.
P a g e 3 | 145
Chapitre I:
P a g e 4 | 145
I.
Microbiote et écosystème du tube digestif de l’homme sain
La flore, ou microbiote, est l’ensemble des micro-organismes - bactéries, virus, parasites, champignons non pathogènes dits commensaux, vivant dans un environnement spécifique appelé microbiome, chez un hôte qui peut être animal ou végétal ou une matière pouvant être elle-même d’origine animale ou végétale [1].
Le corps humain renferme plusieurs microbiotes (buccal, vaginal, cutané) mais le microbiote intestinal est le plus important d’entre eux avec 1012 à 1014 micro-organismes : 2 à 10 fois plus que le nombre de cellules qui constituent notre corps, pour un poids de 2 kilos !
Les principaux micro-organismes qui composent le microbiote intestinal sont des bactéries, mais on y trouve aussi des archées, des virus et des champignons. Le microbiote se localise entre la lumière du tube digestif et le biofilm protecteur que forme le mucus intestinal sur sa paroi intérieure (l’épithélium intestinal), il est présent tout au long du tube digestif mais sa concentration est maximale au niveau de l’intestin grêle et du côlon, l'acidité gastrique rendant la paroi de l'estomac quasi stérile. Au total, un individu abrite dans son tractus intestinal 1014 micro-organismes.
II.
Microbiote et écosystème du tube digestif de l’homme sain
1. L’épithélium intestinal
L’épithélium qu’on retrouve au niveau de l’intestin grêle et du côlon est un épithélium prismatique simple comportant plusieurs types cellulaires [2].
P a g e 5 | 145
Figure 1 : Epithélium intestinal [3]
Les cellules majoritairement retrouvées sont les entérocytes à plateau strié (ou côlonocytes au niveau du côlon). Ces cellules sont pourvues de microvillosités, elles assurent l’absorption des nutriments, grâce à des enzymes spécifiques et jouent également un rôle protecteur par l’effet barrière. On y rencontre aussi des cellules sécrétrices à savoir les cellules caliciformes qui sécrètent le mucus, les cellules endocrines, les cellules M dans l’iléon au niveau des plaques de Payer où elles reconnaissent et captent les antigènes et les micro-organismes présents dans la lumière intestinale et les cellules de Paneth au fond des cryptes de l’intestin grêle, ces cellules participent au système immunitaire inné en sécrétant des peptides antimicrobiens (Figure1).
La lamina propria (ou chorion) est un tissu conjonctif de soutien qui se situe en dessous de l’épithélium de revêtement. Elle est parcourue par de multiples petits vaisseaux sanguins et lymphatiques permettant de nourrir cet épithélium, et d’absorber les nutriments digérés. Elle renferme également les éléments cellulaires de défense contre les germes et autres agents vecteurs de maladie, qui pénètrent librement dans le système digestif.
2. Méthodes d’analyse de la composition du microbiote intestinal
Plusieurs méthodes se confrontent pour analyser le microbiote intestinal (Figure2), chacune ayant des avantages et des inconvénients.
P a g e 6 | 145
Figure 2 : Principales méthodes d’analyses du microbiote intestinal [3]
2.1 Les techniques basées sur la culture
Jusqu’à la fin du XXe siècle, la composition du microbiote intestinal était étudiée uniquement par les techniques bactériologiques classiques fondées sur la culture de selles sur différents milieux dans des atmosphères variées permettant une analyse simple, peu coûteuse, et avec une bonne sensibilité (102 unités formant colonie/g (UFC/g) de selles). Néanmoins, cette
méthode n’est pas appropriée pour la culture des bactéries anaérobies strictes, rendant difficile la caractérisation du microbiote intestinal, puisque 80% des espèces ne sont pas cultivables in vitro.
La technique de la « culturomique » consiste à cultiver des échantillons de selles dans un large panel de conditions différentes, en faisant varier les milieux et les atmosphères. Elle identifie ensuite toutes les colonies isolées par spectrométrie de masse MALDI-TOF, ce qui permet d’identifier plus d’espèces. Cette technique possède également une bonne sensibilité,
P a g e 7 | 145
avec un seuil de détection estimé à 102 UFC/g de selles. Toutefois, les bactéries anaérobies strictes restent incultivables.
2.2 Techniques basées sur la biologie moléculaire
➢ L’ARN ribosomal 16S
Grâce à l’avènement de la biologie moléculaire et le développement du séquençage, la composition du microbiote intestinal a pu être étudiée plus en détail.
Le séquençage du gène codant l’ARN ribosomal 16S obtenu d’un extrait d’ADN total sur échantillon de selles, est majoritairement utilisé. Ce marqueur bactérien universel est en effet présent chez toutes les bactéries, avec des régions conservées et des régions hypervariables spécifiques à chaque espèce bactérienne [4].
C’est une technique à coût modéré permettant une meilleure caractérisation de la composition et de la diversité du microbiote intestinal que la culture classique ou la culturomique. Cependant les inconvénients sont nombreux : l’existence de biais liés à l’amplification, l’identification est souvent limitée au genre et la sensibilité est médiocre (106 UFC/g de selles).
Les techniques de séquençage dites de « nouvelle génération » telles que le pyroséquençage 454, les méthodes Illumina ou SOLiD permettent le séquençage d’amplicons d’ADNr 16S sans passer par une étape de clonage, et permettent également le séquençage parallèle de beaucoup d’échantillons dans un même temps.
Ce sont des techniques rapides qui permettent l’identification phylogénétique, la détection et l’identification de nouvelles espèces bactériennes. Ainsi, le pyroséquençage par exemple, a été utilisé pour comparer les microbiomes d’individus minces et obèses [49] ou encore pour comparer les microbiomes de patients atteints du syndrome de l’intestin irritable et de contrôles sains [5].
Afin de déterminer la composition bactérienne, les ADNr 16S séquencés sont assemblés en Unités Taxonomiques Opérationnelles (OTUs) basées sur leur pourcentage d’identité de séquence. Ce pourcentage est utilisé pour déterminer les niveaux taxonomiques : Des OTUs contenant des séquences avec plus de 99% d’identité sont des taxa de niveau souche.
P a g e 8 | 145
Des OTUs contenant plus de 97% d’identité sont considérés comme étant de la même espèce. Des OTUS d’espèces différentes mais appartenant au même genre ont des identités de séquence supérieures à 95%. Enfin des OTUs avec plus de 90% d’identité correspondent au niveau taxonomique de la famille [6].
➢ L’hybridation in situ en fluorescence
L’hybridation in situ en florescence est basée sur l’utilisation des sondes oligonucléotidiques couplées à un marqueur fluorescent qui s’hybrident à des séquences d’ARNr 16S complémentaires spécifiques d’une espèce ou d’un groupe bactérien. Quand l'hybridation se produit, les évènements de fluorescence peuvent être comptés et triés en utilisant la cytométrie en flux [7]. C’est une technique semi-quantitative rapide et peut être réalisée directement sur des échantillons frais, évitant ainsi des biais dus aux traitements des échantillons avant analyse. Cependant cette technique ne permet pas de détecter de nouvelles espèces bactériennes puisqu’elle nécessite la connaissance préalable de la séquence de l’ARNr 16S des bactéries ciblées.
➢ Les techniques d’empreintes
Les techniques d’empreintes (fingerprinting) sont des méthodes qui permettent de générer un profil ADN microbien formé par les différents fragments d’ADN bactériens de chaque échantillon et comparer différentes communautés microbiennes présentes dans différents échantillons.
Les gènes codant les ARNr 16S sont amplifiés puis séparés par une électrophorèse sur gel en gradient dénaturant (DGGE) [8] ou par une électrophorèse sur gel en gradient de température (TTGE) [9]. Les bandes d’intérêts peuvent être prélevées et ensuite séquencées.
Les techniques d’empreintes permettent l’identification des phylotypes les plus abondants et la comparaison rapide entre des individus malades et des individus sains [10]. Cependant cette technique ne permet pas de fournir une identification phylogénétique directe ni d’avoir l’accès aux phylotypes sous-dominants du microbiote intestinal.
P a g e 9 | 145
➢ Les micro-puces à ADN
C'est une technologie haut-débit qui permet l’identification phylogénétique des bactéries du microbiote intestinal [11-13] en utilisant des amplicons d’ARNr 16S ou bien de l’ADN extrait de fèces. Les sondes oligonucléotidiquescouplées à des marqueurs fluorescents sont fixées sur une lame de verre et s’hybrident aux molécules d’ADN (ou d’ARN 16S) complémentaires. La fluorescence qui en résulte est alors détectée par un laser.
C’est une technique rapide et semi quantitative qui permet la détection de plusieurs espèces simultanément. Cependant, plusieurs sondes peuvent s’hybrider sur une même cible (phénomènes d’hybridations croisées) et la détection des espèces est limitée par les sondes placées sur la puce.
➢ La PCR quantitative
C’est une technique qui permet la quantification des bactéries ou un groupe bactérien spécifique par amplification de séquences d’ADNr 16S spécifiques d’espèces bactériennes (ou d’un groupe bactérien) [14] en utilisant des amorces complémentaires fluoromarquées. Elle consiste à estimer les quantités d’ADNr 16S cibles présents dans l’échantillon à l’aide d’une courbe standard issue d’amplifications parallèles d’un nombre de copies connues. L’intensité du signal est proportionnelle à la quantité d’ADNr 16S cible présent dans l’échantillon.
La PCR quantitative est une technique rapide et précise. Cependant, elle est axée sur des groupes bactériens connus au départ et ne peut pas identifier de nouvelles espèces bactériennes.
➢ La Métagénomique par séquençage de type « shotgun »
La métagénomique représente l’avancée la plus récente dans le développement de l’analyse du microbiote intestinal. Elle consiste à analyser l’ensemble des génomes bactériens présents dans un écosystème donné par séquençage direct de l’ensemble de l’ADN d’un échantillon de selles, par fragmentation aléatoire « shotgun » sans étape d’amplification. Elle permet d’une part une identification plus complète et mieux représentative de la diversité du microbiote, et d’autre part la caractérisation des fonctions métaboliques du microbiote.
P a g e 10 | 145
L'étude MetaHIT, lancée en 2008 et coordonnée par l'INRA a été fondée sur l'analyse métagénomique d'échantillons de selles recueillies auprès de 124 personnes. Elle a ainsi identifié un total de 3,3 millions de gènes différents, appartenant à plus de 1 000 espèces différentes, dont une large majorité est d'origine bactérienne. Au plan individuel, cette étude a montré que chaque individu portait en moyenne 540 000 gènes microbiens, soient plus d’une centaine d’espèces. Il y a donc 150 fois plus de gènes dans le génome du microbiote que dans le génome humain. Ce fut surtout la première étude à démontrer l'extrême richesse de la flore intestinale, en identifiant des centaines d'espèces bactériennes inconnues jusque-là.
La métagénomique est un outil très puissant permettant la description du potentiel génétique des micro-organismes présents dans un environnement défini, mais ne permet pas un suivi de leur activité ou de leurs expressions géniques. Comme il est important de noter que cette technique indépendante de la culture souffre d’un manque de sensibilité (106 UFC/g de selles), soit un nombre 10 000 fois plus faible que celui de la culture classique [15].
➢ La métatranscriptomique
La métatranscriptomique repose sur l’extraction et l’analyse des séquences d’ARNm d’une communauté microbienne dans le but de caractériser les profils d’expression génique qui en découle. Cette technique permet ainsi d’obtenir des informations phylogénétiques de même que la connaissance des fonctions exprimées par cette communauté. A l’heure actuelle, peu d’études métatranscriptomiques se sont réalisées sur le microbiote intestinal. Des puces à ADNc ont par exemple été utilisées pour étudier l’activité de certaines bactéries au sein du tractus digestif [16, 17]. Plus récemment, Gosalbes et coll. ont analysé le métatranscriptome fécal de 10 individus en bonne santé [18]. Cependant le nombre de copies d’ARN transcrit est très variable selon le gène considéré, ce qui risque évidemment de biaiser le calcul de l’abondance relative. D’autre part, la présence d’un transcrit n’indique pas que ce dernier sera nécessairement responsable de la synthèse d’une protéine fonctionnelle dans le milieu. Par ailleurs, le temps de demi-vie de l’ARNm est relativement court et l’ARNm ne représente qu’une petite fraction de l’ARN total extrait (comparativement aux ARNr et aux ARNt) [19,20].
P a g e 11 | 145
➢ La métaprotéomique
Les protéines sont responsables du phénotype de l'organisme étudié et représentent de bons marqueurs biologiques des cycles métaboliques susceptibles de se produire dans un milieu donné [21].
Cette approche repose sur la séparation des protéines à étudier par une électrophorèse à 2 dimensions, suivie d’une digestion enzymatique et une ionisation avant l’identification par spectrométrie de masse et par comparaison à des bases de données de référence. Les étapes de séparation des protéines peuvent être modifiées de manière à sélectionner les protéines de l'hôte qui interagissent avec des protéines microbiennes spécifiques, permettant d’avoir un aperçu sur les interactions impliquées dans le maintien de la symbiose hôte-microbiote [22]. Cependant les inconvénients de cette technique résident dans l'efficacité des protocoles d'extraction et de purification qui doivent prendre en compte la localisation des protéines à extraire, soit de façon intra- ou extracellulaire, ou encore en liaison à des particules minérales ou organiques [23].
➢ La métabolomique
La métabolomique correspond au criblage non sélectif des liquides biologiques dans le but de révéler et de distinguer les métabolites issus du microbiote et ceux issus du métabolisme de l’hôte.
La teneur des métabolites présents dans un système biologique informe sur le niveau ultime de l’expression génique tout en incluant la contribution des apports exogènes via l’alimentation et les interactions entre le microbiote intestinal et son hôte. Une analyse métabolomique requiert une technique de séparation telle que l'électrophorèse par capillaires ou la chromatographie gazeuse ou liquide, suivie de la spectrométrie de masse. On peut également utiliser la résonance magnétique nucléaire (RMN) couplée à la spectroscopie du fait qu’elle est plus reproductible que celle utilisant la spectrométrie, par contre cette dernière est plus sensible.
Parmi les difficultés rencontrées dans cette approche : la grande diversité des métabolites qui ne peuvent être déduits du génome et le manque de banques de données métabolomiques qui empêche l'identification structurale de nouveaux métabolites qui n'ont pas
P a g e 12 | 145
été déjà caractérisés [24]. Enfin, il existe également des problèmes de reproductibilité et de standardisation inter-plateformes.
3. Les différents micro-organismes qui forment le microbiote intestinal
Le microbiote intestinal humain est composé de communautés microbiennes colonisant tout le tube digestif [25]. Cependant le gros intestin reste le site principal de la colonisation microbienne dans le corps humain et les estimations suggèrent qu’il abrite plus de 1014 micro-organismes [26].
Le microbiote intestinal est propre à chaque individu, d’un point de vue qualitatif et quantitatif. Les micro-organismes majoritairement retrouvés sont les bactéries mais on peut détecter également des virus, des archaeas, des parasites et des champignons.
On estime que chez chaque individu on retrouve près de 400 espèces bactériennes différentes anaérobies strictes ou anaérobies facultatives. Certaines espèces dominantes, qui sont présentes chez la majorité des individus, restent stables et permettent d’effectuer les fonctions essentielles du microbiote, elles sont associées à des populations minoritaires qui sont propres à chacun d'entre nous.
3.1 Les bactéries
L’analyse en biologie moléculaire de l’ARN 16S bactérien a identifié 4 phylums ou embranchements majoritaires dans le tractus intestinal (Figure 3).
P a g e 13 | 145
Figure 3 : Arbre phylogénétique représentant les différents sous-ensembles (phylums)
des groupes bactériens composant le microbiote intestinal [27]
➢ Le phylum des Firmicutes : Ce sont des bactéries à gram positif qui représentent habituellement plus de la moitié des micro-organismes de la flore.
Ce phylum comporte 3 classes de bactéries :
• La classe I des Mollicutes contenant les bactéries du genre Mycoplasma. • La classe II des Bacilli comprenant les genres Listeria, Streptococcus, Staphylococcus, Enterococcus et Lactobacillus.
• La classe III des Clostridia comporte les genres Clostridium, Faecalibacterium et Ruminococcus.
➢ Le phylum des Bacteroidetes : Ce phylum représente (20% - 40%) de la population bactérienne. On y retrouve notamment les bactéries du genre Bacteroides qui sont des bactéries sous forme de bacille gram négatif anaérobie et le genre Prevotella.
P a g e 14 | 145
➢ Le phylum des Actinobacteria : Les Actinobacteria représentent en général moins de 10% de la population du microbiote. Ce sont des bactéries gram positif, notamment des genres Actinomyces, Mycobacterium ou Bifidobacterium.
➢ Le phylum des Proteobacteria, contenant l’ordre des Entérobacteriales qui sont des bactéries anaérobies facultatives que l’on retrouve en faible quantité.
De façon minoritaire, on retrouve des bactéries des phylums Fusobacteria, Verrucomicrobia et Spirochaetes [28].
L’ensemble des individus peuvent être répartis en 3 groupes ou entérotypes distincts selon la signature bactérienne caractérisée par un genre bactérien dominant parmi Prevotella, Bacteroides et Ruminococcus.
3.2 Les autres micro-organismes
Bien que la grande majorité du microbiote intestinal soit constituée de bactéries, d’autres microorganismes sont retrouvés dans cet écosystème, notamment des champignons, des archées, des virus [29].
✓ La composante fongique est constituée de champignons et de levures.
✓ Des archées sont également retrouvées : ce sont des micro-organismes unicellulaires procaryotes détectées chez plus de 50% de la population humaine. La plupart des espèces cultivables se répartissent en deux phylums, Euryarchaeota et Crenarchaeota. Dans le tractus digestif humain, ces archées sont en grande majorité méthanogènes. L’impact des archées sur la santé humaine reste sous-évalué du fait qu’elles sont peu diverses et difficiles à cultiver et analyser[29].
✓ Les virus sont des agents infectieux qui nécessitent un hôte. Ils utilisent le métabolisme et les constituants de son hôte pour se répliquer.
On retrouve une importante quantité de virus bactériophages, archaephages (environ 10 phages pour chaque bactérie). La métagénomique a permis la mise en évidence d’une proportion élevée de prophages (gènes de bactériophages insérés dans les génomes bactériens) dans le microbiome intestinal. Les phages, en infectant et en lysant certaines bactéries influencent les cycles biogéochimiques, ils sont également impliqués dans le maintien de la diversité des espèces microbiennes [29].
P a g e 15 | 145
4. Variation de la flore intestinale au cours du temps
Figure 4 : Microbiote humain : formation et évolution aux différentes étapes de la vie selon les perturbations [30]
4.1 Facteurs influençant l’établissement, l’évolution et la stabilité du microbiote intestinal
L’établissement du microbiote est un processus dynamique, dont la formation commence in utero, cette composition initiale qui manque de diversification va procéder à plusieurs phases qui sont responsables de la variation et du développement de cette dernière. Ce changement est dû à un certain nombre de facteurs : le mode d’accouchement, l’hygiène,
P a g e 16 | 145
l’alimentation, prise des médicaments, régimes alimentaires… (Figure 5). Toutefois, le microbiote essaie de garder sa stabilité et avoir une composition similaire à l’initiale [31, 32].
Figure 5 : Principaux facteurs influençant la colonisation physiologique de l’intestin par le microbiote intestinal [33]
L’enfant est exposé à une grande quantité de microorganismes lors de la rupture de la paroi utérine. Le mode d’accouchement (voie basse ou césarienne) conditionne l’arrivée des premières bactéries dans le tube digestif. Par la suite, l’allaitement et plus généralement l’alimentation vont dicter l’établissement des espèces bactériennes dans le tractus digestif. Enfin les conditions d’hygiène vont également sélectionner les bactéries présentes dans l’environnement et donc les bactéries capables de s’introduire dans l’intestin. La colonisation de l’intestin est progressive, la charge et la diversité bactérienne vont augmenter au cours du temps pour se stabiliser vers l’âge de 2 ans.
P a g e 17 | 145
4.1.1 In utéro
A ce jour, on considère que le fœtus in utero est développé dans un environnement stérile et que la colonisation du tractus digestif se fait jusqu’à la naissance. Or, de nombreuses études réalisées grâce au développement des méthodes moléculaires ont permis la mise en évidence d’ADN bactérien au niveau du liquide amniotique, et tant que l’intestin du fœtus in utero est entièrement rempli de ce liquide, il existe une forte probabilité que l’intestin du nouveau-né soit déjà en contact avec l’ADN bactérien avant la naissance [34, 35].
En plus, la présence d’ADN bactérien a été démontrée au niveau du placenta qui permet l’échange entre la mère et le fœtus, ce qui traduit la possibilité que cet ADN traverse le placenta et se retrouve dans la circulation fœtale[36].
D’autre part, on a pu montrer que le méconium n'est pas stérile et comprend des communautés bactériennes proches à celles trouvées dans le liquide amniotique. Toutefois, la présence d’ADN bactérien n’indique pas nécessairement la présence des bactéries [37, 38].
En se basant sur ces résultats, il faut remettre en question la stérilité de l’environnement in utero, ce qui peut prouver que la colonisation intestinale commence avant la naissance.
Ces micro-organismes proviennent en général de la flore vaginale [39, 40], les bactéries qui se trouvent dans l’utérus [41] et celles de la voie digestive de la mère y compris la cavité buccale [42].
Cette colonisation peut être modifiée par un certain nombre de facteurs, tels que l’alimentation maternelle, stress au cours de la grossesse [43], infections et supplémentation en probiotique prénatales [44, 45].
4.1.2 Microbiote intestinal chez le nouveau-né
À la naissance, le nouveau-né va être plongé brutalement dans un milieu fortement concentré en micro-organismes qui vont coloniser par la suite le tractus intestinal.
Cette colonisation est d’abord dépendante du mode d’accouchement [46] :
Une naissance par voie basse va exposer le nouveau-né au microbiote vaginal, fécal et cutané de sa mère. Les bactéries anaérobies facultatives (Streptococcus et Enterococcus, staphylococcus) vont s’installer en premier lieu, alors que les bactéries anaérobies strictes
P a g e 18 | 145
s’installent plus tard. À 1 mois, la muqueuse intestinale est colonisée par les Bifidobacterium et à 6 mois par les bacteroides [47] (Figure 6).
Figure 6 : Profil d’établissement du microbiote au cours des premiers jours de vie d’un enfant né à terme, par voie basse et allaité [48]
Tandis que pour l’accouchement par césarienne, l’enfant va initialement être colonisé par les bactéries aériennes, celles présentes à l’environnement, sur les vêtements du personnel soignant et la peau de sa mère. Ces enfants présentent un microbiote moins riche en bifidocaterium et bacteroides et sont généralement plus colonisés en Clostridium difficile que les enfants nés par voie basse [49, 50].
Autrefois, la césarienne n’était utilisée qu’en cas d’urgence, alors que de nos jours, elle est devenue un acte courant. Il y’a quelques années, la communauté scientifique a pu démontrer l’influence directe de cet acte sur le développement du microbiote intestinal : On trouve un microbiote similaire de la peau chez les enfants nés par césarienne caractérisé par les Corynebactéries, les Staphylocoques et les Propionibactéries. A l’inverse, les enfants nés par voie basse ont plutôt un microbiote similaire de la flore vaginale maternelle dominé par Prevotella, Sneathia et Lactobacilles [51]. D’autre part, une étude a récemment montré que le microbiote des enfants nés par voie basse est également proche du microbiote intestinal maternel ce qui implique la transmission fécale de la mère à l’enfant [52]. Cette différence d’acquisition du microbiote aura à long terme un impact sur la maturation du système immunitaire.
P a g e 19 | 145
Une expérience récente a été réalisée par Daft J.G. et al dans laquelle ils ont utilisé deux lignées de souris chacune possédant un microbiote différent de l’autre, ils les ont accouplés de façon à ce que la naissance soit simultanée dans les colonies. Quarante-huit heures après la naissance des souriceaux, ils les ont invertis de façon à ce que chaque mère allaite le souriceau de l’autre lignée. Ceci montre que le microbiote est influencé également par la mère nourricière[53]. En plus, une étude a montré que le microbiote n’est pas proche uniquement du microbiote maternel mais il est également similaire au microbiote paternel [54].
4.1.3 Microbiote intestinal chez l’enfant
Les deux premières années de vie, présentent la période la plus importante définissant l’évolution de la maturation du microbiote intestinal. À l’âge de deux ans, on aura un microbiote qui est très proche de ce qu’on trouve chez l’adulte.
À la naissance, le microbiote est faiblement diversifié, mais sa diversité augmente au fur et à mesure du temps. Le premier contact du nourrisson sera avec les bactéries qui proviennent du lait maternel et de l’environnement [55, 56].
À cet âge, le microbiome du tractus digestif est très riche en gènes qui ont pour but de faciliter la digestion des oligosaccharides présents dans le lait maternel. Plus tard, en raison d’introduction des aliments solides, le microbiote s’adapte et s’enrichit en gènes responsables de la digestion des polysaccharides (Bacteroides) [57] et la biosynthèse vitaminique [58,59]. Donc l’alimentation joue un rôle primordial dans le développement du microbiote intestinal [60-63].
Les enfants allaités présentent un microbiote plus riche en Actinobactéries et plus faible des Firmicutes et Probactéries alors que les enfants nourris au lait maternisé montrent plutôt une augmentation en pathogènes putatifs, notamment Escherichia coli et Clostridium difficile.
4.1.4 Microbiote intestinal chez l’adulte
Jusqu’à présent, la plupart des expériences ont été réalisées sur le microbiote adulte au tractus gastro-intestinal pour déterminer sa composition. Selon les méthodes de culture, la flore bactérienne se condense de l’estomac, à l’intestin grêle. La densité la plus élevée est retrouvée au niveau du colon [64-67] (Figure 7).
P a g e 20 | 145
Figure 7 : Les conditions écologiques qui conditionnent le développement des bactéries au niveau du tractus digestif [68-70]
1. Estomac : pH très acide, 10-102 (UFC)/g, on y trouve les Lactobacillus, Streptococcus
et Helicobacter pylori.
2. Intestin grêle : pH redevient neutre, diminution d’oxygène. La flore qui a pu survivre l’acidité gastrique augmente progressivement du duodénum a l’iléon.
❖ Duodénum-Jéjunum : où la motricité est importante, la flore ne dépasse pas 104 -106
UFC/g qui est constituée de Lactobacillus, Streptococcus et Enterobacteriaceae.
❖ Iléon : motricité plus importante, 105 - 107 UFC/g, constitué d’une association de flore
anaérobie stricte qui domine (Bacteroides) et de population anaérobique facultative dont les Firmicutes (Clostridies), Lactobacillus, Streptococcus.
P a g e 21 | 145
3. Côlon : motricité très lente, augmentation de la flore anaérobique avec des taux qui peuvent atteindre jusqu’`a 109-1011 UFC/g. composée de Firmicutes (Clostridies…), Bacteroidetes, Bifidobactéries, et Entérobactéries.
4.1.5 Le microbiote intestinal chez les personnes âgées
Plusieurs facteurs joueront un rôle dans le changement de la composition du microbiote gastro-intestinal avec l’avancement de l’âge, on se retrouve avec un rapport Firmicutes/ Bacteroidetes plus augmenté qu’à l’âge adulte [71] et une diminution en bactéries commensales qui qui assurent la protection comme les Bacteroides et les Bifidobacteries.
La réduction de Bacteroides spp., Faecalibacterium et Provetella spp et l’augmentation des Entérobactéries ont été associées à la diminution de qualité de vie chez le sujet âgé [72] et donc les altérations touchant la composition du microbiote intestinal préparent un terrain favorable pour l’installation de plusieurs pathologies [73].
4.2 Autres facteurs qui peuvent affecter le microbiote intestinal indépendamment de l’âge
L’instabilité du microbiote intestinal chez l’adulte est dépendante de plusieurs facteurs dont l’antibiothérapie, les infections ou des interventions diététiques drastiques[74] et même si le microbiote reprend sa stabilité plus ou moins de façon rapide [74], ces facteurs vont provoquer une altération de la composition du microbiome gastro-intestinal avec le temps, ce qui va déterminer les différences inter-individuelles chez l’adulte en bonne santé.
4.2.1 L’alimentation
L’alimentation est responsable de la modulation des processus physiologiques qui influence le microbiote (sécrétion du mucus et des enzymes, système immunitaire, motricité…). Donc l’alimentation et le régime alimentaire en général impacteront la modification du microbiote intestinal (Figure 8).
P a g e 22 | 145
Figure 8 : Evolution du microbiote intestinal au cours des deux premières années de vie [75]
En effet, le lait maternel a été longtemps considéré comme stérile, actuellement on sait qu’il est la principale source énergétique qui permet activement l’installation de la flore microbienne et la croissance des bactéries commensales dans les premiers jours de la vie post-natale grâce à son profil dynamique de nutriments et de composants bioactifs [76, 77].
Et donc la flore commence à s’implanter dès la première tétée du nouveau-né dans les premières heures qui suivent l’accouchement. Le lait maternel est constitué d’oligosaccharides qui prennent la 3ème place quantitativement après le lactose et les lipides. Et du fait de leur complexité de structure, ils ne peuvent être ni absorbés ni digérés au niveau supérieur de l’intestin grêle et donc se retrouvent au niveau du colon sous forme inchangée où ils seront pris en charge par les bactéries fibrolytiques du genre Bifidobacterium et Lactobacillus [78, 79]. On aura une installation plus tardive des Entérobactéries et surtout des Bactéroides et Clostridium qui se fait dans un niveau moins élevé. Toutefois, cette diversification reste faible par rapport à celle des nouveau-nés nourris au lait artificiel [80] (Figure 8).
✓ De plus, plusieurs études qui ont été réalisées pour établir les différences entre le microbiote d’un nouveau-né nourri au lait humain et un nouveau-né nourri au lait maternisé [81, 82] montrent un retard dans l’implantation des bactéries du genre Bifidobacteries chez les enfants nourris au lait artificiel. Or, ces études sont anciennes et avec toutes les améliorations qu’a connu le monde dans la conception du lait enrichi en oligosaccharides, les enfants ayant
P a g e 23 | 145
reçu cette nouvelle génération de lait présentent des taux de Bifidobacteries dans les fèces quantitativement proches de ceux trouvés chez les nouveaux nés nourris au lait maternel. Les Bifidobacteries, jouent un rôle non seulement dans la digestion des oligosaccharides mais également dans la maturation du système immunitaire et de l’épithélium intestinal [83-86] en s’adhérant à ce dernier [87]. Ils permettent donc une maturation complète du tractus digestif de l’enfant.
✓ L’introduction des aliments chez l’enfant va encore modifier sa flore digestive. Les deux principaux phylums Bacteroidetes et les Firmicutes dépasseront en nombre et en diversité les Proteobacteria et les Actinobacteria précédemment installées.
✓ Le moment où le microbiote intestinal devient stable et définitivement semblable à celui de l’adulte n’est pas encore précisé mais il est probablement d’une à quatre années [88]. Toutefois, d’autres études montrent que le microbiote intestinal retrouvé chez l’adolescent présente une légère modification avec des bactéries du genre Clostridia (phylum des Firmicutes) et des Bifidobacteria (phylum Actinobacteria) plus abondants que ceux rencontrés d’habitude chez l’adulte [89].
✓ Enfin, pour mieux éclaircir l’influence du régime alimentaire sur la flore digestive chez l’adulte, l’équipe de J.I. Gordon a étudié le microbiote intestinal de 59 espèces de mammifères différentes :
1. Les personnes carnivores sont les moins diversifiés que les herbivores et les omnivores [90]. Ainsi, dans une autre étude, il a été démontré que les bactéries présentes dans les intestins des carnivores et des herbivores ont des fonctions totalement différentes [91]. Cependant, On retrouve chez les sujets carnivores plus de gènes responsables de la dégradation des protéines et des acides aminées que ceux retrouvés chez les herbivores.
2. À l’inverse, les sujets herbivores développent une communauté microbienne plutôt avec un répertoire de gènes enrichis en enzymes responsables de la synthèse des protéines. Ces résultats indiquent que le microbiote n’est qu’un reflet du régime alimentaire.
4.2.2 L’usage des médicaments
Un antibiotique est une substance qui permet l’empêchement de croissance et la de destruction des bactéries présente dans le corps humain, y compris celles de la flore commensale. Ains, l’altération de cette flore qui dépend de 3 critères, selon la sensibilité des
P a g e 24 | 145
bactéries, spectre d’activité de l’antibiotique et enfin la durée d’administration. Cette dysbiose est responsable de troubles digestifs (diarrhée) qui sont réversibles à l’arrêt du traitement.
Généralement, l’administration des antibiotiques [80] à une durée qui dépasse trois jours favorise l’implantation des Entérobactéries résistantes et encore plus favorisée par l’administration d’un antibiotique à large spectre.
Des études ont montré que même l’antibiothérapie per-partum, utilisée chez la mère peut modifier la colonisation du microbiote. Notamment, l’antibioprophylaxie utilisée pour prévenir l’infection néonatale à Streptocoque B. Ainsi, les résultats de ces expériences montrent d’une part une augmentation des infections à germes résistants aux aminopenicillines [47] et d’un autre coté par une diminution de la colonisation par les Clostridies et les Bifidobacteries. Ce changement qui touche le microbiote intestinal présente un terrain favorable pour l’installation des micro-organismes résistants d’où l’altération de la fonction barrière.
4.2.3 Hospitalisation
Au cours des hospitalisations, les patients peuvent attraper certains germes qui colonisent le microbiote intestinal et se développent aux dépens de la flore commensale. L’exemple le plus parlant, c’est l’infection par Clostridium difficile qui peut rester latente mais se développe également suite à une fragilisation du microbiote par un traitement d’antibiotique par exemple.
4.3 Homéostasie et stabilité du microbiote intestinal
La définition de l’homéostasie se résume dans la capacité de l’organisme à garder un état relativement stable entre les différents composants internes et faire face à toutes les variations et les agressions permanentes externes. Les micro-organismes qui composent le microbiote intestinal sont très bien tolérés par le système immunitaire intestinal vivant ainsi en synergie avec l’hôte. Actuellement le microbiote est considéré comme un organe noble à part entière qui évolue avec son hôte pour parvenir à une relation symbiotique conduisant à une homéostasie physiologique où l’hôte présente un environnement riche en nutriments en faveur des bactéries commensales qui les utilisent pour effectuer toutes leurs fonctions biologiques (synthèse vitaminique, digestion des polysaccharides et mise en place d’un système
P a g e 25 | 145
immunitaire efficace). Et donc, les bactéries présentes dans le microbiote vont favoriser la mise en place des défenses immunitaires innées et adaptatives (Figure 9).
Cependant, le système immunitaire intestinal doit entretenir en continuité la balance stable entre une tolérance de la flore intestinale et une induction des réponses immunitaires pro-inflammatoires en cas d’agression par des pathogènes gastro-intestinaux. Cette balance est maintenue grâce à un système de régulation qui garantit une réactivité moindre du système immunitaire digestif vis-à-vis les bactéries commensales (Figure 9).
