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LE MICROBIOTE HUMAIN


   100 milliards de microbes ont trouvé leur logement chez un humain (eau, gaz, mais pas électricité). Comme vous le savez sûrement, la grande majorité des microbes se trouvent dans l'intestin, dans un continuum dynamique de communautés écologiques désormais appelé microbiote intestinal. De 10 à 1000 microbes par gramme de contenu stomacal et duodénal, le microbiote atteint la densité de 10 mille à 10 millions de microbes dans le jéjunum et l'iléon, pour flirter avec les 100 mille milliards dans le colon et les selles. Il est donc bien clair que ces petites cellules bactériennes (dont la taille va de 1 à 10 microns) sont 10 fois plus nombreuses que le total de toutes nos belles cellules corporelles (environ 20 microns).

  Le métagénome (= l'ensemble des gènes bactériens) a révélé une immense diversité phylogénétique (La classification phylogénétique est un système de classification des êtres vivants qui a pour objectif de rendre compte des degrés de parenté entre les espèces et qui permet donc de comprendre leur histoire évolutive).

   L'estimation actuelle fait état d'environ 1500 espèces différentes dans l'intestin, mais au moins 160 espèces sont prévalentes chez un individu. Alors que la diversité phylogénétique est très forte au niveau des espèces, la plupart des bactéries endogènes chez un sujet sain appartient seulement à 2 phyla (embranchement, juste en dessous du règne). Ces 2 phyla sont les FIRMICUTES et les BACTEROIDETES, regroupant plus de 90 % des espèces intestinales connues. Les membres Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria, Verrucomicrobia, Spirochaetes et Lentisphaerae sont régulièrement présents mais cependant assez rares (< 1 % - 15 %).

   Il existe une grande variabilité inter-individuelle de la composition microbienne. Les jumeaux montrent en effet moins de 50 % de similitude au niveau des espèces bactériennes. Les multiples facteurs environnementaux et génétiques qui contribuent à établir l'individualité de la composition microbienne de l'intestin, commencent à être compris, reflétant les différences de mode de vie, géographique, interpersonnelle et temporelle, et les perturbations causées par les maladies. On montré qu'en dépit de la spécificité taxonomique microbienne individuelle (espèces possédant en commun plusieurs caractéristiques), un "noyau commun" d'un peu plus de 50 taxons est retrouvé chez à peu près 50 % des humains étudiés.

  On a donc envisagé de classer les individus dans l'un des 3 entérotypes définis en se basant sur l'abondance des microbes prédominants (Bacteroides, Prevotella et Ruminococcus). Un entérotype est un groupe de composition bactérienne intestinale spécifique chez l'homme. Ce serait un type particulier, au même type que les groupes sanguins par exemple. Ce classement est controversé.

   Les individus montrent un "coeur" de gènes microbiens impliqués dans des voies métaboliques importantes, et des déviations de ce panel génétique fonctionnel ont été associées à des altérations physiologiques. Cependant la diversité génétique microbienne spécifique chez un individu est tout à fait remarquable, avec sans doute un métagénome unique par individu.

   Rôle du microbiome intestinal dans la physiologie humaine

   Le génome collectif des microbes intestinaux représente 3,3 millions de gènes, soit 150 fois le nombre de gènes humains). En s'ajoutant aux gènes humains, les microorganismes sont évidemment suspectés d'influencer fortement le métabolisme et la physiologie. En réalité, les gènes microbiens complètent plusieurs incapacités métaboliques humaines (par exemple la fabrication de vitamines, la fourniture d'oligoéléments), tout en offrant la capacité à extraire de l'énergie à partir des sucres (carbohydrates) alimentaires complexes non digérables (amidons résistants, lignine, lactose, cellulose, hémi-cellulose...), ce qui influe très fortement sur la nutrition et l'équilibre énergétique de l'hôte. Cette fonction a été probablement la force "évolutionniste" initiale, de l'établissement du microbiote intestinal vers un partenariat symbiotique animal-humain.

  D'autres fonctions ont été observées, comme par exemple la résistance à la colonisation intestinale de pathogènes. Cet effet de barrière utilise toutes sortes de moyens : compétition sur les sites d'ancrage, compétition sur les sources nutritives, sécrétion d'antibiotiques (une centaine de bactériocines !), stimulation des défenses immunitaires de l'hôte, effet limitant sur la croissance bactérienne par la production d'acétate...

 Le microbiote intestinal est un composant à part entière de notre système immunitaire, calibrant finement les réponses aux divers âges de la vie. L’interconnexion intime entre le microbiote intestinal et le système immunitaire muqueux a prouvé son rôle crucial dans l'éducation immunitaire de l'enfant, ainsi que dans le maintien de l'homéostasie durant la vie de l'adulte. De plus, les études s'accumulent pour conceptualiser un axe intestin-cerveau, avec son rôle dans l'anxiété, la cognition, la douleur, le comportement. Il même est possible qu'il joue un rôle important dans les troubles du système nerveux central.

   Dynamique du microbiote

   On a longtemps pensé que la composition du microbiote était stable à l'âge adulte, mais avec l'efflorescence des études longitudinales humaines, est apparue évidente la plasticité de cet écosystème, mettant en avant que le régime alimentaire, l'environnement et divers changements physiologiques pouvaient impacter à la fois la composition et les fonctionnalités du microbiote. On montré que sur une période de 5 années, environ 40 % des microbiotes étaient variables chez des sujets sains.

   Les effets du changement des habitudes alimentaires sont la plus claire manifestation de la capacité du microbiote à modifier son architecture en réponse à des stimuli environnementaux, avec la rapidité et l’efficacité requises pour le maintien de la fonction nutritionnelle dans la symbiose hôte-microbiote. De fait, les réponses à court terme de la diététique sur les changements de composition du microbiote sont détectées en 24 heures, et semblent principalement liées au type de carbohydrates ingérés. Ces fluctuations pourraient être considérées comme une particularité nécessaire au microbiote, capable de s'adapter rapidement aux besoins de l'hôte, maximisant l'efficacité de l'extraction de nutriments nécessaire à la santé.

  Mais curieusement, les mêmes changements de régime alimentaire chez des personnes différentes n'aboutissent pas à la même configuration du microbiote, car les variations liées au régime ne peuvent pas contrer les différences inter-individuelles. Inversement, sur le long terme, les sujets à même régime alimentaire montrent une architecture similaire du microbiote. En fait, il a été montré que la présence ou l'absence de plusieurs taxons bactériens pouvaient être associées à la consommation de différents nutriments.

   Une certaine plasticité du microbiote peut être observée aussi en réponse à des stress environnementaux moins évidents, comme le climat, la géographie, aussi bien que le degré d'exposition à des bactéries environnementales, ce dernier étant de première importance pour l'éducation et le maintien d'un système immunitaire fonctionnel depuis la naissance jusqu'à l'âge adulte.

   De plus, la consommation de médicaments, spécialement les antibiotiques, mais aussi les anti-inflammatoires, impactent la composition du microbiote, et sa configuration est capable d'augmenter ou de réduire la métabolisation et l'efficacité de ces drogues. Tout au long de l'âge adulte et plus tard, les changements physiologiques naturels s'ajoutent à la liste des facteurs de modification de la structure du microbiote, la grossesse et la lactation temporairement, ainsi que le processus durable (!) du vieillissement.

   Le vieillissement peut directement impacter le microbiote, par le biais des processus physiologiques liés à l'âge impliquant l'inflammation locale et systémique, et indirectement par les changements de style de vie et d'alimentation. L'augmentation des seuils de sensibilité de l'odorat et du goût, les problèmes de mastication engendrés par la perte de dents et de muscles, peuvent aboutir à un appauvrissement du régime alimentaire, pauvre en fibres et en protéines, ce qui altère fortement le microbiote.

  De plus, un régime alimentaire pauvre et une activité physique insuffisante contribuent à l'apparition de constipation et d'un temps de transit ralenti, ce qui impacte la composition bactérienne en ralentissant leur excrétion. L'accroissement de la consommation de médicaments (liée à l'âge) et l'interaction de différentes médecines représentent également des facteurs contributifs aux modifications du microbiote. La combinaison spécifique de toutes ces variables environnementales peut être responsable de la variation inter-individuelle de la composition des microbiotes, qui augmente avec l'âge.

   Le microbiote-type du vieillissant est caractérisé par une réduction de la biodiversité, par l'accroissement du nombre des bactéries opportunistes anaérobies, et par une diminution du nombre de bactéries possédant des propriétés anti-inflammatoires (par exemple Faecalibacterium prausnitzii et autres producteurs de butyrate). Il est intéressant de constater que les profils de déviations du microbiote de l'adulte sain recouvrent ceux qui accompagnent plusieurs troubles caractérisés par une inflammation chronique ou systémique, comme l'obésité, les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin et le syndrome métabolique. De fait, le vieillissement lui même entraîne des déséquilibres immunitaires et inflammatoires chroniques. Les personnes âgées sont généralement affectées par un processus appelé "immunosénescence", ce qui détermine un déclin fonctionnel immunitaire et un état inflammatoire chronique dans tout l'organisme.

   Au niveau intestinal, l'inflammation liée à l'âge peut être responsable de l'accroissement de la réponse inflammatoire, permettant aux pathogènes opportunistes (pathobiontes) de proliférer au détriment des symbiontes (bactéries en symbiose). Cette prolifération des pathobiontes liée à l'âge pourrait entretenir un état inflammatoire dont ils se nourrissent, créant ainsi un cercle vicieux auto-entretenu. Il y a alors probablement création d'un environnement prédisposant aux maladies, dont il est connu que le risque s'accroît avec l'âge.