TOUT COMPRENDRE DU MICROBIOTE INTESTINAL, ORGANE CENTRE DE NOTRE SANTÉ

L’intestin abrite des milliards de micro-organismes et il existe entre eux et l’hôte des relations écologiques complexes. Le nombre de micro-organismes habitant le tractus gastro-intestinal a été estimé à plus de 10¹⁴, ce qui représente 10 fois plus de cellules bactériennes dans l’intestin que le nombre de cellules humaines dans le corps. Quant à son contenu génomique (microbiome), il est quantitativement 100 fois supérieur au génome humain. Cependant, une estimation récemment révisée suggère que le rapport entre les cellules humaines et bactériennes est en fait plus proche de 1/1. En raison du grand nombre de cellules bactériennes dans le corps, l’hôte et les micro-organismes qui l’habitent sont souvent appelés « superorganismes ».

QU’EST-CE QUE LE MICROBIOTE INTESTINAL ?

Le microbiote intestinal correspond à l’ensemble des micro-organismes du système digestif qui a évolué avec l’hôte pendant des milliers d’années pour former une relation complexe et mutuellement bénéfique. Il comprend :

• des bactéries qui sont des micro-organismes dits unicellulaires car formés d’une seule cellule, et dits procaryotes car sans noyau, à structure très simple, considérés comme ni animal ni végétal,
• des archées qui sont un autre type de micro-organisme unicellulaire procaryote ressemblant aux bactéries,
• des virus,  qui sont des acides nucléiques possédant une information génétique sous forme d’ADN ou d’ARN, ils sont dépourvus de noyau, d’organites et de métabolisme, et enfermés dans une capside protéique,
• des champignons qui sont des micro-organismes dits eucaryotes car pourvus d’un noyau, et qui peuvent être soit unicellulaires ou pluricellulaires,
• des levures qui sont des champignons unicellulaires capables de provoquer la fermentation des matières animales ou végétales,
• des parasites qui sont des micro-organismes eucaryotes unicellulaires ou pluricellulaires ayant besoin d’un hôte pour se développer.

Les données combinées du MetaHit* et du Human Microbiome Project** ont fourni l’aperçu le plus complet du répertoire microbien associé à l’humain à ce jour¹. Les données compilées à partir de ces études ont identifié 2 172 espèces classées en 12 phylum** différents. Il y a cinq phyla bactériens majeurs dans l’intestin : Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria et Verrucomicrobia. Chez l’humain, 386 des espèces identifiées sont strictement anaérobies, c’est-à-dire qu’elles peuvent vivre dans un milieu privé d’air. Ces micro-organismes se trouvent donc généralement dans des régions avec ou comportant des muqueuses telles que la cavité buccale et le tractus gastro-intestinal. Les différentes conditions, telles que la présence d’acides biliaires, d’oxygène ou de nutriments disponibles, entraînent une distribution différente de ces groupes dans l’ensemble du tractus gastro-intestinal. Tous ces micro-organismes interagissent, coopèrent, co-évoluent mais aussi rivalisent, se concurrencent entre eux dans un écosystème complexe. Comme dans tout écosystème, la diversité est cruciale. 

* note : projet financé par la Commission européenne sur les gènes du microbiote intestinal humain et l’état de santé de l’hôte

** note : une initiative des National Institutes of Health américains dont le but est d’identifier et de caractériser l’ensemble des micro-organismes qui vivent en association avec les humains, le microbiote.

***note : Phylum (ou phyla au pluriel) désigne de sous-groupes dans la classification scientifique du vivant, c’est l’équivalent par exemple des ethnies chez les humains. Tout en haut, on trouve le Règne, puis vient le Phylum, l’Ordre, la Famille, le Genre, l’Espèce et enfin la Souche.

LA CONSTITUTION ET L’ÉVOLUTION DE NOTRE MICROBIOTE

Au départ, les scientifiques pensaient que le microbiote humain se constituait seulement à partir de la naissance, mais quelques études viennent nous faire douter de ce postulat en mettant en lumière la présence de microbes au sein des tissus de l’utérus, du placenta et du liquide amniotique. Ensuite, les conditions de naissance vont déterminer la qualité du développement de notre microbiote. Par exemple, on observe des différences majeures entre les enfants nés par voie basse et par césarienne : celui  des nourrissons qui passent par le microbiote vaginal de leurs mères contient une abondance élevée de Lactobacillus au cours des premiers jours, alors que le microbiote des nourrissons nés par césarienne est appauvri en Bacteroides et Bifidobacteria, deux genres bactériens que l’on retrouve dans les microbiotes équilibrés et diversifiés, mais contient plus de Proteobacteria et de Clostridium, deux genres bactériens plus présents chez les personnes atteintes d’inflammation intestinale et de dysbiose. Ces différences impactent la santé puisque de nombreuses études démontrent que les bébés nés par césarienne sont plus à risque de développer des pathologies de toutes sortes allant des allergies à l’obésité. D’autre part, le lait maternel contient des bactéries mais aussi des nutriments spécifiques, comme les oligosaccharides, destinés à nourrir les microbes de l’intestin du nourrisson. Vers l’âge de 2 ans et demi, la composition, la diversité et les capacités fonctionnelles du microbiote infantile ressemblent à celles du microbiote adulte. On dit ainsi que les 3 premières années de vie sont clés dans la composition de notre microbiote, car les bactéries acquises avant cet âge-là vont nous suivre tout au long de notre vie. Toutefois, le microbiote n’est pas à l’abri d’altérations profondes à cause de facteurs environnementaux et émotionnels, bien qu’à l’âge adulte, la composition du microbiote intestinal soit relativement stable grâce à ses propriétés résilientes². Ainsi, nous abritons un microbiote intestinal qui nous est propre, aussi unique que nos empreintes digitales, il n’existe pas deux microbiotes intestinaux identiques.

FONCTIONS MAJEURES DU MICROBIOTE INTESTINAL

Décompose et digère les aliments non digérés

Certains génomes microbiens réalisent des fonctions que le génome de nos cellules ne peut pas accomplir, comme digérer les aliments non digérés par notre tube digestif qui sont essentiellement des sucres complexes (les fibres alimentaires issues des végétaux ou le lactose issu du lait parce que l’enzyme lactase, chargée de le décomposer, disparait à l’âge adulte). Cette opération se fait essentiellement dans le côlon, à la fin de notre tube digestif. Pendant la fermentation qui s’opère dans le côlon, notre microbiote libère aussi des substances chimiques comme des sucres simples, du cholestérol et surtout des acides gras à chaîne courte (AGCC) — l’acétate, le butyrate, le propionate — que nous absorbons pour récupérer les calories de la nourriture et pour d’autres fonctions bénéfiques à notre organisme. Phénomène fascinant, au fil de la grossesse, la mère perd en diversité du microbiote pour avoir un microbiote simplifié ressemblant à celui du microbiote des personnes obèses. Ce n’est pas un hasard de la nature, car les microbiotes appauvris permettent ainsi d’extraire plus de calories de la même quantité d’aliments et de les stocker, ce qui permet à la femme enceinte d’avoir plus de calories pour son bébé et d’amoindrir ses déplacements pour chercher de la nourriture.

Détermine la qualité de notre système immunitaire

Des rapports récents ont indiqué que la composition du microbiote est un facteur important dans la prédétermination du type et de la robustesse des réponses immunitaires. Point important : la manière dont nous entrons en contact avec l’environnement microbien dès notre naissance va influencer durablement, et parfois de façon irréversible, la qualité future de notre système immunitaire³. 

Premièrement, nos microbes intestinaux forment la première ligne de défense contre des corps étrangers non désirés, puisque nos microbes rivalisent et se concurrencent avec ceux qui ne sont pas les bienvenus. 

Deuxièmement, nos microbes dialoguent en permanence avec notre système immunitaire en lui indiquant par exemple quels types d’éléments étrangers passent dans notre tube digestif. En effet, les lymphocytes T et B du système immunitaire sont influencés par le microbiote⁴. Ces cellules jouent un rôle central dans le maintien de l’homéostasie immunitaire, en renforçant l’intégrité des fonctions de barrière de la muqueuse intestinale. Au niveau local par exemple, les microbes intestinaux peuvent ordonner des réponses immunitaires spécifiques à l’intestin, comme la durée d’une diarrhée. À un niveau plus général, les microbes intestinaux peuvent également ordonner une action à l’ensemble du système immunitaire. Par exemple, les lymphocytes T peuvent se déplacer dans d’autres régions de l’organisme en gardant en mémoire les dialogues qu’elles ont eu avec nos microbes intestinaux afin d’informer l’ensemble du système immunitaire de l’entrée de nouveaux éléments étrangers et d’y préparer notre organisme. Ainsi, notre exposition de moins en moins fréquente à une diversité de microbes, à cause de la pasteurisation, du chlore dans l’eau, de l’abus des antibiotiques, de la stérilisation et de l’aseptisation des surfaces, de l’utilisation des savons antibactériens et des gels hydroalcooliques, est corrélée à une augmentation des inflammations intestinales, des allergies et des maladies auto-immunes. Par exemple, les enfants qui reçoivent des antibiotiques ont un risque plus élevé d’avoir de l’asthme, tandis que les enfants qui vivent avec un animal de compagnie ont moins de risques. Certains types de bactéries et d’helminthes (vers parasites) ont évolué avec l’humain depuis notre origine, et notre système immunitaire a développé un fonctionnement en tandem avec eux.

Troisièmement, il a été montré que nos microbes intestinaux rejettent des sous-produits, appelés aussi métabolites microbiens, qui interagissent directement avec nos cellules immunitaires⁵. Parmi ces métabolites microbiens, on distingue les fameux AGCC qui aident l’intestin à accumuler les cellules T régulatrices et à modérer l’inflammation. Jusqu’à présent, on estime que 50 000 métabolites sont produits par des microbes dans l’intestin humain et parmi ceux-ci, on estime que 22 500 ont des propriétés antibiotiques. 

³ Source : How colonization by microbiota in early life shapes the immune system, 2016 (Gensollen et al.)

⁴ Source : The microbiota in adaptive immune homeostasis and disease, 2016 (Honda & Littman)

⁵ Source : Effects of metabolites derived from gut microbiota and hosts on pathogens, 2018 (Li et al.) / Bioactive microbial metabolites, 2005 (Berdy)

Assure l’intégrité de la barrière intestinale

Étant donné que les métabolites microbiens intestinaux sont produits à proximité de l’épithélium intestinal, c’est-à-dire la couche de cellules qui recouvre les villosités de l’intérieur de l’intestin et qui fait la liaison entre l’intérieur de l’intestin et l’intérieur de l’organisme, ils ont un impact significatif sur la fonction de la barrière intestinale⁶. On constate alors qu’un déséquilibre du microbiote intestinal, appelé dysbiose, entraîne un dysfonctionnement de la barrière intestinale et un système immunitaire immature⁷. Au contraire, les bactéries (notamment de type commensales) « ont une action stimulant les cellules épithéliales des muqueuses en maintenant la barrière qui contribue à l’homéostasie et à la défense de l’hôte » ⁸. 

Synthèse de vitamines essentielles

Le microbiote permet la synthèse de vitamines essentielles que l’hôte est incapable de produire. Dans notre intestin, on retrouve par exemple deux genres bactériens, Pseudonomonas et Klebsiella, capables de synthétiser la vitamine B12, une vitamine qui ne peut être synthétisée par les animaux, les plantes ou les champignons. Les bifidobactéries, quant à elles, sont les principales productrices de vitamine B9 (folate), une vitamine impliquée dans les processus métaboliques vitaux de l’hôte, y compris la synthèse et la réparation de l’ADN. Le microbiote synthétise aussi la vitamine B1 (thiamine), la vitamine B2 (riboflavine), la vitamine B3 (acide nicotinique), la vitamine B5 (acide pantothénique), la vitamine B6 (pyridoxine), la vitamine B8 (biotine) et la vitamine K⁹. Il s’avère même que la moitié au moins des apports de vitamine K proviennent des intestins, une vitamine nécessaire à la coagulation du sang que nos propres cellules sont incapables de fabriquer.

Influence la synthèse de neurotransmetteurs et des hormones

La production, la quantité, la qualité, leur accueil des neurotransmetteurs et des hormones par les récepteurs neuronaux se modifient sous l’effet de différents facteurs : génétiques, environnementaux, relationnels, organiques… et le microbiote est l’un de ces facteurs. En s’appuyant sur le modèle animal, il a été démontré qu’en plus d’avoir le potentiel d’influencer les niveaux de neurotransmetteurs, le microbiote serait capable de produire de la dopamine, de la sérotonine, du GABA, de la noradrénaline qui sont pour certains à la fois des neurotransmetteurs, c’est-à-dire des substances chimiques permettant la communication entre les neurones, et des hormones, c’est-à-dire substance chimiques permettant la communication entre les organes. Ces derniers influent sur notre humeur, notre cognition et notre comportement. D’ailleurs, 90 à 95 % de la sérotonine, qui intervient dans la régulation de nombreux processus physiologiques comme le péristaltisme, la respiration, la vasoconstriction, le comportement et la fonction neurologique, se trouve dans le tractus gastro-intestinal¹⁰ ! C’est récemment, en 2019, que des chercheurs de l’Université Catholique de Louvain (UCL, Belgique) ont découvert que la plupart des bactéries intestinales humaines produiraient des neurotransmetteurs¹¹. Ainsi, on a constaté qu’une baisse de la diversité et de la richesse du microbiote intestinal influence la neurotransmission sérotoninergique, GABAergique, noradrénergique et dopaminergique.

Détoxification des produits toxiques

Nos bactéries intestinales sont aussi capables de métaboliser, ou autrement dit transformer, certains produits toxiques que nous ingérons, comme les médicaments, les pesticides, les perturbateurs endocriniens mais aussi les aliments ultra transformés qui apportent des substances cancérigènes, ou encore les sous-produits toxiques de la digestion, comme les phénols ou les indoles, issus de la digestion des protéines. Les bactéries intestinales nous évitent également les méfaits des oxalates présents de nombreux végétaux et qui peuvent occasionner des calculs (oxalates de calcium, lire aussi page 18).

QUEL SERAIT LE MICROBIOTE IDÉAL ?

Les microbes qui colonisent notre intestin sont nos partenaires de vie, et ce sont eux qui déterminent la qualité de notre microbiote. Nous pouvons définir notre relation avec eux par le terme symbiose car nous établissons avec eux une relation biologique, durable et réciproquement profitable. Il existe plusieurs types de relation symbiotique : si un microbe vit à nos dépens et qu’il nous rend malade, alors la relation est de nature parasitaire ; si un microbe bénéficie à sens unique de notre organisme, alors la relation est de nature commensale ; si nous tirons profit de nos bactéries et qu’elles bénéficient de nos services également en retour, alors la relation est de nature mutualiste. Dès lors, on considère qu’un microbiote est qualitatif lorsqu’il est à la fois diversifié, c’est-à-dire qu’il contient une richesse de microbes différents, et équilibré dans sa diversité, autrement dit que l’écosystème bactérien fonctionne harmonieusement (eubiose). À l’inverse, un microbiote non fonctionnel est un microbiote à la fois pauvre, c’est-à-dire qui ne contient pas une grande diversité microbienne, et en dysbiose, ce qui veut dire que certaines bactéries présentes naturellement en petite quantité peuvent proliférer et prendre le dessus sur les autres. Le microbiote des individus ayant grandi en milieu rural, entourés de nombreux animaux est souvent plus stable et plus diversifié que le microbiote d’enfants grandissant en milieu citadin avec un mode de vie « hygiénique ». Pour illustrer le microbiote idéal, on cite les microbiotes de nos ancêtres chasseurs-cueilleurs qui étaient bien plus diversifiés que ceux d’aujourd’hui, après l’avènement de l’agriculture. Pour avoir un aperçu de ceux de nos ancêtres, des scientifiques ont analysé le microbiote des Hadzabés, les derniers véritables chasseurs-cueilleurs d’Afrique (vallée du Rift en Tanzanie). Ces derniers ont un microbiote très diversifié et se nourrissent de gibiers qu’ils chassent, de baies, de fruits et de graines de baobab, de miel et de tubercules. Leur alimentation ne contient donc quasiment pas d’aliments transformés en plus d’être riche en fibres. Par exemple, les tubercules qu’ils consomment sont très riches en fibres indigestes qu’ils mastiquent et recrachent. On estime qu’ils consomment entre 100 et 150 grammes de fibres par jour alors que le français moyen ne consomme que 20 grammes par jour ! Or, la perte de diversité au sein de la flore intestinale des Occidentaux impacte leur métabolisme, leurs défenses immunitaires et leurs facultés cognitives. 

Sources :

¹ Source : A comprehensive repertoire of prokaryotic species identified in human beings, 2015 (Hugon et al.) / An integrated catalog of reference genes in the human gut microbiome, 2014 (Li et al.) / A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing, 2010 (Qin et al.)

² Source : The long-term stability of the human gut microbiota, Science, 2013 (Faith et al.)

³ Source : How colonization by microbiota in early life shapes the immune system, 2016 (Gensollen et al.)

⁴ Source : The microbiota in adaptive immune homeostasis and disease, 2016 (Honda & Littman)

⁵ Source : Effects of metabolites derived from gut microbiota and hosts on pathogens, 2018 (Li et al.) / Bioactive microbial metabolites, 2005 (Berdy)

⁶ Source : Xenobiotics shape the physiology and gene expression of the active human gut microbiome, 2013 (Maurice et al.)

⁷ Source : Intestinal permeability, gut-bacterial dysbiosis, and behavioral markers of alcohol-dependence severity, 2014 (Leclercq et al.) / Molecular-phylogenetic characterization of microbial community imbalances in human inflammatory bowel diseases, 2007 (Frank et al.)

⁸ Source :  Inducible expression of human beta-defensin 2 by Fusobacterium nucleatum in oral epithelial cells : multiple signaling pathways and role of commensal bacteria in innate immunity and the epithelial barrier, 2000 (Krisanaprakornkit et al.) / Modulation of intestinal barrier by intestinal microbiota: pathological and therapeutic implications, 2013 (Natividad & Verdu)

⁹ Source : Bacteria as vitamin suppliers to their host: a gut microbiota perspective, 2013 (LeBlanc et al.) / Intestinal flora and endogenous vitamin synthesis, 1996 (Hill)

¹⁰Source : The serotonin signaling system: from basic understanding to drug development for functional GI disorders, 2007 (Gershon MD and Tack J)

¹¹ Source : The neuroactive potential of the human gut microbiota in quality of life and depression, 2019 (Valles-Colomer et al.)