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DESC de Maladies Infectieuses et Tropicales
10 Avril 2017
Jean-Christophe Lagier,
IHU Méditerranée Infection, Marseille
Microbiote digestif
• Le microbiote intestinal, autrefois appelé microflore intestinale, est l’ ensemble des bactéries, virus, champignons qui vivent dans le tube digestif
• Chaque individu héberge 1010 à 1014 (100 000 milliards) bactéries vivantes dans son intestin ce qui représente 10 à 100 fois le nombre de cellules du corps humain
PHYLA OU EMBRANCHEMENTS BACTERIENS
Bacteroidetes Bacteroides fragilis
Firmicutes Staphylococcus Clostridium Lactobacillus
Actinobacteria Bifidobacterium
Proteobacteria (<10%) Escherichia coli Klebsiella pneumoniae
Escherichia
coli
Bifidobacterium
longum
Techniques d’étude
• Techniques culture-dépendantes
– Bactéries vivantes
• Techniques moléculaires indépendantes de la culture
– ADN de la bactérie (bactérie vivante ou morte)
– Une grande partie des espèces bactériennes du microbiote digestif n’avaient jamais été cultivées et sont retrouvées uniquement par la biologie moléculaire
SEQUENCAGE MOLECULAIRE
Techniques moléculaires indépendantes de la culture
PCR à large échelle (pyroséquençage)
PCR = POLYMERASE CHAIN REACTION
Une séquence d’ ADN bactérien <=> Un phylotype (et non une
espèce)
Goldstandard de l’étude des écosystèmes complexes
Phylum relative abundance depends significantly of 16S hypervariable region
independently of pyrosequencing chemistry
Claesson, Nucl Acid Res, 2010
Genus relative abundance and richness depends significantly of
16S hypervariable region
(454 Titanium)
Bifidobacteria detected only by v3/v4 primers in this study
Ralstonia detected only by v4/v5 primers in this study
Claesson, Nucl Acid Res, 2010
Primer bias Turnbaugh, PNAS, 2010
V2 primers lacks Bifidobacteria
Culturomics
Stool
Pyrosequencing 16S
New species: Genome sequencing
PCR ARNr 16S No identification
Maldi-TOF
Microbial culturomics
Multiplying culture conditions -Increasing of fastidious bacterial growth -Eliminating dominant populations
+ 1 obese stool sample
– 32 500 colonies tested by MALDI-TOF
– 212 culture conditions
– 340 bacterial species including • 31 new bacterial species (including 6 new genera)
• 174 isolated for the first time in the human gut
• 2 species among rare phyla (Synergistetes, Deinococcus-Thermus)
• Largest genome bacterial species : Microvirga massiliensis (9,35 Mb)
• Senegalvirus : 1st giant virus isolated from human gut
Challenges Réponses
Lutte contre les bactéries majoritaires
Bactéries fastidieuses
Température de croissance
Atmosphere (aerobie, anaerobie Enceinte anaerobie,Microaerophile)
Croissance de bactéries ayant des propriétés
physico chimique différentes
Antibiotiques
Filtrations
Phages
Bactéries extremophiles
Choc thermique
Pre-incubation dans des flacons d’hémocultures avec du jus de rumen et du sang
Milieu spécifiques pour bactéries halophiles (NaCl = 150 G/L)
Bactéries minoritaires
Doublement du nombre de bactéries isolées du tube digestif
Augmentation de plus de 20% du nombre de bactéries isolées chez l’homme
Colonisation du tube digestif
• A la naissance, le tube digestif est stérile et dépourvu de bactéries.
• La colonisation microbienne débute dès les premiers instants de vie et est modifiable selon
– Allaitement (vs biberon)
– Contacts humains (mère)
– Alimentation
– L’environnement
– Facteurs de l’hôte (génétiques ?)
ALLAITEMENT = TRANSMISSION D’UN MICROBIOTE
Le lait maternel est composé d’une flore bactérienne
abondante et très diverse et notamment de Lactobacillus et
de Bifidobacterium
C’est vers l’âge de 2 ans que le microbiote devient stable sur
le plan structurel et fonctionnel.
LE LAIT MATERNEL EST UNE SOURCE DE BACTERIES LACTIQUES POUR LE TUBE DIGESTIF DU BEBE
La même souche bactérienne (Espèce Lactobacillus gasseri) est
retrouvé dans le lait de la maman, dans la bouche du bébé et dans
les selles du bébé
Cette bactérie n’était pas retrouvé sur la peau de la maman ni au
niveau de son vagin.
Martin, J Pediatr, 2003
La COMPOSITION DU MICROBIOTE varie selon les segments du tube digestif
– Teneur du milieu en oxygène – pH – Sécrétions (tolérance à la bile) – Nutriments disponibles – Vitesse du transit (rapide de la
bouche au caecum, plus lent ensuite)
La COMPOSITION DU MICROBIOTE varie selon les segments du tube digestif
Gradient quantitatif croissant oral-aboral Estomac < 103 UFC/g Duodénum 103-104 UFC/g Jéjunum 104-106 UFC/g Iléon 106-108 UFC/g Colon 109 à 1011 UFC/g UFC: unité formant colonie
Gradient qualitatif diminution progressive des bactéries aérobies au profit des bactéries anaérobies
strictes au niveau du colon
Interrelation du régime, de l’hôte et de la flore digestive
• La microflore intestinale est en interrelation permanente avec les aliments et l’organisme humain, l’ensemble constituant un écosystème complexe.
• Toute modification de l’un ou de l’autre de ses constituants est susceptible de perturber l’équilibre et le fonctionnement de l’ensemble.
Effet digestif
• Trophicité
– Etablissement, maturation et entretien de la barrière de la muqueuse intestinale
• Motricité
– Stimulation du transit intestinal
Effets nutritionnels
Dégradation des hydrates de carbone (sucres) non absorbés Cellulose, Amidon, pectine, glycoprotéines Aboutissant à la production d’ « acides gras à chaines courtes »
assimilables par l’hôte (acétate, propionate, butyrate) et de gaz (CO2, H2) L’acide butyrique est la principale source d’énergie de la muqueuse colique
Hydrolyse des lipides alimentaires non absorbés Lipases bactériennes Conjugaison des acides biliaires primaires, indispensable pour une bonne
absorption des graisses
Dégradation de certaines protéines et de certains acides aminés, permettant la récupération de l’azote Tryptophane
Cellulose
Apport vitaminique
• Certaines bactéries sont capables de synthétiser des vitamines
– Riboflavine (Vitamine B2)
– Acide pantothénique (Vitamine B5)
– Pyridoxine (Vitamine B6)
– Biotine (Vitamine B8 ou H)
– vitamine B12 (son déficit entraine une anémie)
– vitamine K (Facteurs II, VII, IX, X –Coagulation)
Protection contre l’infection
• Effet de barrière vis-à-vis des bactéries exogènes “résistance à la colonisation”
– élimination totale de la souche exogène
– maintien de la souche exogène en sous-dominance
• La flore digestive stimule l’immunité locale et générale
Facteurs de variation de la composItion du microbiote digestif
• Age
• Sexe
• Géographie
• Régime
• Antibiotiques
• Probiotiques
• La composition du microbiote est très dépendante des facteurs environnementaux
• Varie d’une population à une autre (alimentation, hygiène…)
Particularités du microbiote et ethnies
De Filippo et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 ;107:14691-6.
Microbiote digestif des sociétés traditionnelles et urbaines
• Urbaines (180) – Saoudiens
– Français
– Polynésiens
– Sénégalaises
– Nigériens
• Traditionnelles (220) – Amazoniens
– Pygmées
– Bedouins
– Tuaregs
• Principle Coordinate Analysis – Traditionnelles clusterisent différemment
• Urbaines : clusterisent différemment au niveau de la concentration de Bifidobacterium dans leur microbiote digestif
Microbiote digestif des sociétés traditionnelles et urbaines
• Microbiote des urbains :
Microbiote digestif des sociétés traditionnelles et urbaines
Consommation importante de probiotiques et de
produits laitiers
Enrichie par les bactéries contenues dans les probiotiques
• L’ alimentation modifie l'équilibre dans l'intestin – source de bactéries et de virus
• Les bactéries contenues dans les probiotiques pourraient modifier la flore intestinale et avoir ainsi un rôle dans la pandémie actuelle d’obésité
1. Raoult D. Nature 2008; 454:690-691 2. Angelakis E et al. Future Microbiol 2012;7:91-109.
Probiotiques quotidiennement consommés
Probiotiques et obésité: L'hypothèse
Promoteurs de croissance dans l'agriculture
Angelakis E, et al. Lancet Infect Dis 2013;13:889-99
Coloration de gram d’un yaourt
35
Angelakis E, et al. J Food Sci 2011;76:M568-72.
Probiotiques - Yaourts contiennent des quantités très élevées de bactéries
Observation d’un effet espèce dépendant • L. reuteri: obésité • L. casei/paracasei: absence
obésité
Première observation de l’effet anti-obésité des BIFIDUS
(Bifidobacterium animalis) chez l’homme
Les bactéries lactiques, donc l’allaitement et les probiotiques,
pourraient prédisposer ou au contraire protéger contre l’obésité
Le stress oxydatif digestif anormal entraine une perte du microbiote humain mature anaérobie chez les enfants avec malnutrition aiguë sévère
340 procaryotes perdus chez les enfants avec un Kwashiorkor
incluant les 4 archées méthanogènes (=> maldigestion par perte
fermentation/méthanogenèse)
Archaea
L’augmentation du potential redox fécal des enfants avec kwashiorkor
reflète le manque d’anti-oxydants et explique la perte des procaryotes
anaérobies
PREMIERE DEMONSTRATION DU LIEN ANTIOXYDANTS-CONTRÔLE STRESS OXYDATIF-MAINTENANCE MICROBIOTE SAIN
A retenir
• Nous sommes ce que nous mangeons et la flore intestinale est le reflet de notre alimentation
• La flore intestinale joue un rôle dans l’absorption des nutriments
• Le microbiote intestinal semble impliqué dans de nombreuses pathologies intestinales, métaboliques ou autres
• Il est difficile de faire des conclusions générales sur la flore intestinale car les études sont biaisées par les méthodes utilisées
Microbiote Digestif
Maladies liées au microbiote
Régime
Probiotiques
Antibiotiques
TRANSPLANTATION DE MICROBIOTE FECAL
?
Merci de votre attention
jean-christophe.lagier@univ-amu.fr
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