La flore bactérienne du tube digestif / Gastro-entérologie et hépatologie

La microflore ou microbiote est la collectivité des communautés microbiennes qui peuplent les surfaces muqueuses d’un individu hôte, également appelé hôte. Chaque individu humain abrite environ 100 milliards de bactéries provenant d’environ 400 espèces différentes.1,2 Dans le suc gastrique, la teneur en bactéries est relativement faible, environ 1 000 bactéries par millilitre, ce qui est dû à l’acidité du milieu. La concentration de bactéries augmente le long de l’intestin grêle, passant de 104 bactéries / ml dans le duodénum proximal à 107 bactéries / ml dans l’iléon terminal. La motilité propulsive de l’intestin grêle efface périodiquement les bactéries qui prolifèrent à la lumière. En revanche, la population de microorganismes dans le côlon est beaucoup plus élevée, car des concentrations allant jusqu’à 1011 ou 1012 bactéries par millilitre de contenu1 sont atteintes. Ensemble, la population vivante du côlon peut atteindre un poids variable de 300 à 600 g et représente plus de 95% du microbiote de l’hôte.

La grande biodiversité des espèces au sein de l’écosystème intestinal facilite la vie et le développement de l’ensemble, qui comprend non seulement le microbiote, mais aussi l’hôte humain. Pour un bon nombre d’espèces bactériennes, l’ensemble est essentiel à la vie : les organismes unicellulaires ont besoin de collectivité et de biodiversité pour se développer normalement. Divers genres et espèces bactériennes utilisent les produits métaboliques générés par d’autres pour leur prolifération. L’intestin humain est l’habitat naturel de ces bactéries, qui ont évolué et se sont adaptées pour vivre avec l’homme pendant des millénaires, de sorte que beaucoup d’entre elles ne prolifèrent pas spontanément en dehors de cet habitat.

On parle de symbiose lorsque la relation entre deux espèces vivantes ou plus apporte des avantages à au moins l’une d’entre elles, sans préjudice de l’une des autres3. Pour l’individu hôte, la présence du microbiote n’est pas essentielle à la vie, mais elle a un impact important sur sa physiologie. Les mammifères élevés dans des conditions expérimentales d’asepsie totale et n’acquièrent donc pas leur flore naturelle ont un développement anormal. Le tableau I montre les différences entre l’animal élevé en asepsie totale, exempt de germes, et l’animal qui a une flore conventionnelle, c’est-à-dire acquise spontanément. Nous ne connaissons pas clairement les mécanismes à l’origine de chacune de ces différences, mais la grande répercussion anatomophysiologique de la symbiose entre l’hôte et sa flore est évidente.

La dynamique de la relation entre les êtres vivants n’a pas de frontière définie et stable entre symbiose et pathogénicité, de sorte que l’équilibre peut être modifié et, dans certaines circonstances, certains éléments de la flore sont la cause de la maladie à l’huésped3.

COMPOSITION DE LA FLORE

La flore bactérienne est acquise immédiatement après la naissance. Initialement, divers genres aérobies colonisent le tube digestif, en particulier les entérobactéries de type Escherichia coli et également diverses espèces du genre Lactobacillus. Ceux-ci consomment de l’oxygène de l’environnement et, progressivement, un microsystème est établi dans lequel il y a une prédominance écrasante d’espèces anaérobies forcées, en particulier les Bacteroides, les Clostridia, les Eubactéries et les Bifidobactéries. À l’âge de 2 ans, la flore établie est déjà pratiquement définitive, alors qu’elle est généralement très stable tout au long de la vie de l’individu1.

Beaucoup d’intérêt a été porté aux événements susceptibles d’influencer la colonisation initiale.4,5 Le nouveau-né acquiert la flore de son environnement immédiat. Des différences ont été observées entre les enfants nés par césarienne et les enfants nés par voie vaginale. Il existe des différences dans la flore du nouveau-né des pays pauvres et des pays riches. L’allaitement semble jouer un rôle important dans la transmission de la flore bactérienne, par opposition à la nutrition par les laits artificiels. La mère transfère ses propres bactéries, tout en transmettant les éléments de défense immunitaire nécessaires contre ces mêmes germes par l’allaitement (anticorps spécifiques de type IgA, molécules d’immunité innée, etc.) 6. Étant donné que le nouveau-né a une très mauvaise immunité en raison de l’immaturité du système et de l’absence de mécanismes associés à la mémoire immunitaire, il est considéré comme très important que l’acquisition de bactéries et les mécanismes de défense proviennent de la même source. Il a été observé que les enfants qui passent les premières nuits de leur vie séparés de leur mère ont une incidence plus élevée d’allergies. La disparité entre les bactéries et les éléments d’immunodéficience acquis par le nouveau-né pourrait jouer un rôle important dans la pathogenèse de certaines maladies immunoinflammatoires de la vie adulte.7

Les genres anaérobies prédominent dans la flore adulte. La composition de la flore a traditionnellement été étudiée par culture microbiologique d’échantillons d’heses8 (Tableau II). Avec les méthodes de culture, des changements transitoires dans la composition de la flore peuvent être reconnus dérivés de l’utilisation d’antibiotiques ou en relation avec des changements alimentaires, mais ce sont des changements réversibles1. Cependant, une forte proportion d’espèces bactériennes ne sont pas cultivables, elles peuvent donc être observées au microscope, mais leurs caractéristiques phénotypiques n’ont pas été décrites.9,10 Les méthodes de biologie moléculaire offrent une nouvelle technologie qui sera très utile pour surmonter ces limites et faire progresser notre connaissance de la flore. Des études récentes basées sur l’analyse du génome bactérien ont identifié une grande proportion de souches bactériennes qui n’ont jamais été décrites et, en outre, il est suggéré que chaque individu abrite des souches génétiquement uniques et distinctes de celles des autres individuels10,11. Dans quelques années, la biologie moléculaire fournira des méthodes fiables pour l’identification et la quantification des bactéries, et nous obtiendrons probablement des informations nouvelles et beaucoup plus complètes sur la composition de la flora12 (tableau III).

CARACTÉRISTIQUES DE LA FLORE

Il existe trois fonctions principales de la microflore intestinale: a) fonctions de nutrition et de métabolisme, résultant de l’activité biochimique de la flore; b) fonctions protectrices, empêchant l’invasion de microorganismes pathogènes, et c) fonctions trophiques sur la prolifération et la différenciation de l’épithélium intestinal, ainsi que sur le développement et la modulation du système immunitaire (tableau IV).

La colonisation de la lumière du côlon fournit un grand nombre de gènes, codant diverses protéines et enzymes, et fournissant des ressources biochimiques qui ne sont pas présentes dans le génome humain. Prises ensemble, les bactéries du côlon constituent un organe métabolique, similaire au foie, où les enzymes bactériennes agissent sur des substrats de la lumière intestinale et génèrent une grande diversité de produits. La fonction métabolique principale de la flore est la fermentation des résidus alimentaires non digestibles et du mucus produits par l’épithélium intestinal. L’énergie métabolique est récupérée et certaines vitamines sont synthétisées. 13,14 La fermentation des glucides peut favoriser l’absorption des ions dans le caecum, en particulier du calcium, comme mentionné dans l’article de Bongers et Van den Heuvel publié dans ce même numéro de la Revue. Nous savons que la fermentation des glucides conduit à la génération d’acides gras à chaîne courte qui ont des effets trophiques sur l’épithélium intestinal.13 La production d’acide butyrique est la principale source d’énergie pour l’épithélium du côlon. La production d’acide acétique et propionique est impliquée dans la régulation du métabolisme hépatique du glucose, réduit la glycémie postprandiale et la réponse à l’insuline. Ce mécanisme semble favoriser la sensibilité cellulaire à l’insuline15 et peut prévenir le développement d’une résistance à l’insuline et d’un diabète sucré de type 2.

La flore résidant dans le tube digestif protège de l’invasion de microorganismes pathogènes par ce qu’on appelle “l’effet barrière”. Cette propriété de la flore est très pertinente pour la prévention des maladies infectieuses chez l’hôte. Il existe une résistance à la colonisation par des bactéries exogènes et la prolifération d’espèces opportunistes qui résident dans le côlon mais dont la croissance est contrôlée par l’équilibre avec d’autres espèces est également empêchée. Ainsi, par exemple, l’utilisation de certains antibiotiques peut altérer l’écosystème et favoriser la prédominance d’espèces sous-dominantes, telles que Clostridium difficile, associées à une maladie grave telle que la colite pseudomembraneuse.

L’effet barrière est dû au fait que la flore résidente occupe les niches écologiques accessibles et gère, consomme et épuise toutes les ressources. Par exemple, il a été démontré que Bacteroides thetaiotaomicron consomme du fucose produit par l’épithélium hôte, mais peut également contrôler l’expression des gènes dans les cellules épithéliales et réguler la production de fucose. Cela évite la surproduction de cette ressource, qui pourrait être utilisée par d’autres bactéries pathogènes ou du moins opportunistes. 16 De plus, les bactéries peuvent inhiber la croissance d’autres bactéries en produisant des bactériocines, qui sont des substances naturelles ayant un effet antimicrobien17,18. De nombreuses espèces du tractus gastro-intestinal sont capables de produire des bactériocines. Ces substances sont sensibles aux protéases dans le tube digestif, de sorte que l’individu hôte peut contrôler leur production.

La flore microbienne du tube digestif a des fonctions importantes sur la prolifération et la différenciation de l’épithélium intestinal. Les animaux élevés en milieu exempt de germes ont un faible degré de réplication de l’épithélium colique 19. De plus, des expériences sur des animaux monoassociés à une bactérie démontrent comment certaines souches influencent la différenciation des cellules épithéliales.20 Fonctions trophiques sur l’épithélium peuvent être importantes pour étudier le rôle de la flore dans la pathogenèse du cancer colorectal.

DÉVELOPPEMENT ET MATURATION DU SYSTÈME IMMUNITAIRE

Les mammifères élevés dans des conditions expérimentales d’asepsie totale ne développent normalement pas leur immunité.21 Ils ont une carence en immunoglobulines, à la fois dans la lumière intestinale et dans le sang périphérique. Il est clair que le système immunitaire mûrit autour du tube digestif, qui est la grande surface de contact avec le monde extérieur. Chez un individu humain adulte, 80 à 85% des cellules immunocompétentes sont situées dans la muqueuse du tube digestif22. Il existe des millions d’interactions entre les bactéries, l’épithélium et le tissu immunitaire sous-jacent, qui programment et modulent progressivement les ressources d’un système de défense très puissant, très complexe et très complet.19,23 Par exemple, le manque de maturation du système immunitaire est également détecté car chez les animaux exempts de germes, le phénomène de tolérance ne se développe normalement pas. L’exposition aux antigènes via le tube digestif induit normalement une tolérance à ces antigènes. Cette propriété du système immunitaire de la muqueuse ne se produit pas, ou semble déficiente, chez les animaux élevés dans des conditions sans germes 24. Le Dr Borruel développe largement ce sujet dans un autre chapitre de ce numéro de la Revue.

LA FLORE COMME CAUSE DE MALADIES

Certains éléments de la flore ou leurs activités peuvent causer des maladies à l’hôte dans certaines circonstances.2 La translocation bactérienne est le passage de bactéries viables à travers l’épithélium de la muqueuse gastro-intestinale.25 Après avoir traversé la barrière, les bactéries peuvent migrer à travers la lymphe et atteindre des emplacements extra-intestinaux, tels que les ganglions mésentériques, le foie ou la rate. Si les bactéries peuvent se propager dans la circulation sanguine en quantité suffisante, elles peuvent provoquer des affections très graves, telles qu’une septicémie, une défaillance multi-organes et la mort. Soriano et Guarner décrivent, dans un autre chapitre de ce supplément, les conditions cliniques associées à la translocation bactérienne et les principales causes de cette complication et passent en revue les alternatives thérapeutiques. Une autre maladie liée au dysfonctionnement de la flore est la diarrhée associée à l’utilisation d’antibiotiques. La prolifération de certaines espèces, telles que Clostridium difficile, peut être la source d’affections graves, telles que la colite pseudomembraneuse.26

Au cours des dernières années, une attention particulière a été portée à la relation possible entre la flore et les dysfonctionnements du système immunitaire.27 Dans les sociétés développées, l’incidence des maladies infectieuses a diminué de manière très significative au cours de la seconde moitié du XXe siècle, et cette observation est valable à la fois pour les maladies d’étiologie bactérienne (tuberculose, rhumatisme articulaire aigu, typhus, brucellose) et pour les maladies d’origine virale (hépatite A, rougeole, oreillons). Parallèlement, l’incidence des allergies et de certaines maladies à composante auto-immune, telles que la sclérose en plaques, le diabète sucré de type 1 et les maladies inflammatoires de l’intestin (maladie de Crohn et colite ulcéreuse), est devenue si importante. Bien que ces maladies aient une composante génétique, il est clair que la contribution des facteurs environnementaux doit jouer un rôle très important dans l’évolution des tendances à court terme. L’hypothèse d’une hygiène excessive suggère que le manque d’exposition aux agents bactériens dès le plus jeune âge pourrait être à la base de cette tendance croissante à l’apparition de dysfonctionnements du système immunitaire, notamment les allergies, la maladie de Crohn, le diabète sucré de type 1, la sclérose en plaques et les lymphomes non hodgkiniens.27

Dans le cas des maladies inflammatoires de l’intestin, de nombreuses données cliniques et expérimentales suggèrent que l’inflammation intestinale est due à une réponse exacerbée aux éléments de la flore autologue. La dérivation du contenu fécal ou la stérilisation de la lumière colique permettent d’obtenir une rémission inflammatoire importante, à la fois dans les modèles expérimentaux et dans les études d’intervention chez les patients28-31. Il a été démontré que le système immunitaire est sensibilisé à la flore elle-même chez les patients atteints de maladie de Crohn ou de colite ulcéreuse, contrairement à la population témoin.32,33 Il est très intéressant de constater que, in vitro, certains éléments bactériens peuvent induire des mécanismes anti-inflammatoires dans le tissu intestinal enflammé des patients atteints de la maladie de Crohn34. Si les bonnes conditions sont atteintes in vivo, la thérapie bactérienne pourrait apporter des avantages importants au traitement des maladies inflammatoires de l’intestin, comme cela a déjà été démontré dans “pouchitis” 35.

La flore intestinale joue un rôle important dans la physiopathologie du cancer du côlon, tel qu’il est examiné en profondeur dans le chapitre de Burns and Rowland dans ce supplément. La relation épidémiologique entre le régime alimentaire et le cancer du côlon est reconnue depuis des années, mais de plus, au cours de la dernière décennie, des preuves ont été obtenues qui suggèrent que la flore intestinale serait le facteur environnemental clé en raison de sa capacité à générer des substances à potentiel cancérigène à partir des résidus de l’alimentation. D’autre part, certaines bactéries ont été identifiées qui inhibent le développement de tumeurs malignes du côlon induites expérimentalement par des cancérogènes chimiques. De plus, certaines études cliniques chez des volontaires ont démontré l’efficacité d’une souche de bifidobactéries dans la réduction des activités enzymatiques dans les fèces liées à la génération de cancérogènes.36 Par conséquent, l’utilisation de bactéries bénéfiques est susceptible de jouer un rôle important dans la prévention du cancer du côlon, en particulier chez les groupes de personnes présentant des facteurs de risque associés au cancer du côlon (polypose, antécédents familiaux, etc.).

PROBIOTIQUES ET PRÉBIOTIQUES

De nombreuses preuves scientifiques ont montré que certaines souches bactériennes peuvent apporter des avantages spécifiques pour la santé37. Avec cela, un nouveau concept a été introduit: les probiotiques sont des microorganismes vivants qui, lorsqu’ils sont ingérés en quantité suffisante, produisent des effets bénéfiques sur la santé, qui s’ajoutent à leur valeur purement nutritionnelle.38 Il existe une documentation exhaustive sur l’utilisation de nombreuses souches bactériennes pour induire des effets bénéfiques dans des modèles animaux, et la perspective d’identifier leurs applications dans la promotion de la santé humaine s’ouvre. Un autre concept qui émerge est celui de prébiotique39. Les prébiotiques sont des ingrédients alimentaires non digestibles qui favorisent sélectivement la croissance et l’activité d’un nombre limité d’espèces bactériennes. De manière caractéristique, les prébiotiques sont des glucides non digestibles qui, après leur transit dans l’intestin grêle, atteignent le côlon pratiquement sans aucune modification. Les bactéries de la flore indigène qui possèdent les enzymes métaboliques appropriées pour consommer ces glucides ont la possibilité de proliférer de manière sélective grâce à l’apport énergétique spécifique qu’elles obtiennent de ces substrats. Le concept est très attractif, et plusieurs substances ont été identifiées qui favorisent la prolifération des lactobacilles ou des bifidobactéries. Le Dr Sastre étudie en profondeur les possibilités de ce concept dans un autre article de ce supplément.

L’efficacité des probiotiques et des prébiotiques dans la promotion d’aspects spécifiques de la santé humaine devrait être démontrée dans des études contrôlées. Dans le cas des probiotiques, chaque étude est basée sur une souche bactérienne spécifique et ses résultats ne doivent pas être extrapolés à d’autres souches. Dans le cas des prébiotiques, il est également très important de vérifier qu’ils favorisent la croissance d’espèces bactériennes considérées comme bénéfiques pour l’organisme.

Un nombre important d’études cliniques ont démontré l’utilité de plusieurs probiotiques dans la prévention et le traitement de la diarrhée. Les travaux publiés se réfèrent principalement à la diarrhée infantile causée par le rotavirus, qui peut être prévenue ou même traitée avec des probiotiques40,41, mais des données sur la diarrhée aiguë causée par d’autres agents infectieux ont également été publiées. Plusieurs études cliniques contrôlées ont montré que certains probiotiques peuvent prévenir la diarrhée associée à l’utilisation d’antibiotiques42. L’article de Tojo Sierra, Leis Trabazo et Tojo González dans ce numéro du Magazine consacre une attention particulière à ce numéro. L’efficacité des bactéries vivantes du yogourt dans le traitement des signes et symptômes qui accompagnent l’intolérance au lactose est également bien démontrée43, qui fait l’objet de la contribution spéciale à ce supplément de Labayen et Martínez.

Le fait que les mammifères élevés dans des conditions exemptes de germes présentent des taux élevés de cholestérol dans le sang périphérique suggère que le métabolisme des lipides peut être influencé par des modifications de la flore. Le Dr Ros a soigneusement examiné ces aspects pour ce supplément.

CONCLUSIONS

La flore a un impact important sur la physiologie et la pathologie de l’individu hôte. Les probiotiques et les prébiotiques améliorent l’équilibre écologique de la flore, en améliorant ses fonctions bénéfiques et en contrôlant ses éventuelles influences nocives. Pour le moment, c’est un domaine qui nécessite encore beaucoup de recherches fondamentales et cliniques pour vérifier la cohérence du large éventail d’applications potentielles envisagées. L’avènement des nouvelles technologies de biologie moléculaire pour l’étude microbiologique de la flore, et les progrès dans notre connaissance des mécanismes impliqués dans l’immunité intestinale, seront sans aucun doute décisifs.

La microflore ou microbiote est la collectivité des communautés microbiennes qui peuplent les surfaces muqueuses d’un individu hôte, également appelé hôte. Chaque individu humain abrite environ 100 milliards de bactéries provenant d’environ 400 espèces différentes.1,2 Dans le suc gastrique, la teneur en bactéries est relativement faible, environ 1 000 bactéries par millilitre, ce qui est…

La microflore ou microbiote est la collectivité des communautés microbiennes qui peuplent les surfaces muqueuses d’un individu hôte, également appelé hôte. Chaque individu humain abrite environ 100 milliards de bactéries provenant d’environ 400 espèces différentes.1,2 Dans le suc gastrique, la teneur en bactéries est relativement faible, environ 1 000 bactéries par millilitre, ce qui est…

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée.