Définition du microbiome et son rôle dans la santé humaine
Qu’est-ce que le microbiome ?
Les micro-organismes sont présents depuis des milliards d’années et peuplaient notre monde bien avant notre apparition sur la terre. L’être humain a évolué pour vivre en étroite relation avec eux1. Grâce à la coévolution, l’hôte non seulement tolère mais a besoin de la colonisation par des micro-organismes bénéfiques pour de nombreux aspects du développement et de la fonction immunitaire2. Par conséquent, des communautés de micro-organismes habitent notre corps. Il s’agit principalement de bactéries, mais aussi de virus, de champignons, d’archées et de bactériophages.
Le catalogue de tous ces micro-organismes qui vivent sur, mais aussi dans, le corps humain, ainsi que leur complément génétique, est appelé le microbiome. Les microbiomes sont présents dans différents sites du corps humain :
Peau
Bouche et nez
Vagin
Poumon
Intestin
Les combinaisons de taxons microbiens associés aux différentes surfaces de notre corps (microbiote) dépendent de l’environnement spécifique dans lequel ils vivent et de la génétique de l’hôte3.
Bien que l’on puisse trouver plusieurs microbiotes différents dans un corps humain, la grande majorité de notre microbiote se trouve dans le tractus gastro-intestinal3, considéré comme l’un des écosystèmes les plus densément peuplés de notre planète, avec environ 10 milliards de micro-organismes, dont le nombre et les espèces varient le long du tractus4.
Récemment, le microbiote intestinal a été un sujet très tendance5. La majorité des recherches portent actuellement sur le microbiote intestinal6, avec plus de 10 000 articles de recherche sur le sujet publiés rien qu’en 2021. Ces dix dernières années, les nouvelles technologies ont facilité l’analyse à grande échelle du profil génétique et métabolique des communautés microbiennes6, augmentant ainsi nos connaissances et permettant de mieux comprendre le rôle du microbiote intestinal dans la santé et la maladie5.
Ces données ont contribué à ouvrir de nouvelles perspectives et de nouvelles techniques d’étude ont mis en évidence les avantages mutuels et symbiotiques entre les humains et le microbiote intestinal.7
Références
1 Hill C et al. Expert consensus document. The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics consensus statement on the scope and appropriate use of the term probiotic. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2014 Aug;11(8):506-14. d 2 Lin L and Zhang BMC Immunology (2017) 18:2 3 Ursell L, et al. Defining the human microbiome. Nutr Rev. 2012;70:S38-S44. 4 Coudeyras S and Forestier C. Microbiota and probiotics: effects on human health. Can J Microbiol 2010;56:611-50. 5 Mills S, Stanton C, Lane JA, Smith GJ, Ross RP. Precision Nutrition and the Microbiome, Part I: Current State of the Science. Nutrients. 2019 Apr 24;11(4):923. 6 Marchesi JR, Adams DH, Fava F, et al. Gut 2016;65:330–339. 7 Singh Y, et al. Emerging importance of holobionts in evolution and in probiotics. Gut Pathogens 2013;5;12.
Le rôle du microbiote intestinal dans la santé humaine
Le microbiote intestinal joue un rôle essentiel dans la santé de son hôte : tout en le protégeant contre les agents pathogènes par la résistance à la colonisation, il interagit avec les cellules humaines, directement ou indirectement par le biais de molécules bioactives produites par le microbiote, régulant ainsi de nombreuses voies biologiques1. Lorsqu’il fonctionne de manière optimale, le microbiote joue un rôle important dans la santé humaine en soutenant les fonctions protectrices, métaboliques et immunitaires2.
Le microbiote intestinal peut peser jusqu'à 2 kg.
Les micro-organismes ayant un impact sur l'organisme
La relation entre le microbiote intestinal et les cellules épithéliales soutient l’immunité systémique, la fonction neuroendocrine, la santé intestinale et extra-intestinale de l’enfance à l’âge adulte2,4,5.
Les micro-organismes qui colonisent le tube digestif sont responsables de nombreuses fonctions essentielles du corps humain, notamment :
Digestion :
Immunostimulation :
Protection :
Si des communautés microbiennes saines peuvent assurer notre bien-être, un microbiote dysfonctionnel (dysbiotique) est impliqué dans de nombreux troubles gastro-intestinaux, notamment la diarrhée et les maladies digestives chroniques6. En outre, un microbiote qui s’écarte de l’état « sain » en termes de diversité et de fonctionnalité peut également affecter d’autres organes et systèmes ; il est aussi impliqué dans des maladies non gastro-intestinales, telles que l’asthme, l’obésité, le diabète et les maladies auto-immunes, toutes caractérisées par une réactivité excessive du système immunitaire, qui conduit à son tour à un état de plus en plus pro-inflammatoire3.
Références :
1 Mills S, Stanton C, Lane JA, Smith GJ, Ross RP. Precision Nutrition and the Microbiome, Part I: Current State of the Science. Nutrients. 2019 Apr 24;11(4):923. 2 Kataria J, Li N, Wynn JL, Neu J. Probiotic microbes: do they need to be alive to be beneficial? Nutr Rev. 2009;67(9):546-50. 3 Ursell L, et al. Defining the human microbiome. Nutr Rev. 2012;70:S38-S44. 4 Neu J, Douglas-Escobar M, Lopez M. Microbes and the developing gastrointestinal tract. Nutr Clin Pract. 2007;22(2):174-82. 5 Huffnagle GB. GI Microbiota and Regulation of the Immune System. New York: Springer-Verlag New York; 2008. 149 p. 6 Goldszmid RS and Trinchieri G. The price of immunity. Nat Immunol 2012;13:932–38.
L'importance d'un microbiote équilibré
Le microbiote intestinal est une communauté très complexe qui se développe immédiatement après la naissance, évolue jusqu’à un âge avancé1 et varie considérablement d’un hôte à l’autre2.
Outre l’ensemble stable de colonisateurs intestinaux toujours présents, appelé « microbiote intestinal de base et gènes » ou microbiome de base, chacun possède son propre ensemble spécifique de micro-organismes intestinaux1.
Dans des conditions normales, le microbiote d’un adulte en bonne santé est généralement caractérisé par une riche diversité d’espèces qui reste stable sur de longues périodes, mais il peut être influencé par un certain nombre de facteurs2. Outre l’âge et la génétique de l’hôte3, le microbiote est influencé par la situation géographique (l’alimentation peut être un facteur contributif important), l’utilisation d’antibiotiques, les médicaments non antibiotiques, les maladies, les blessures, les changements hormonaux,2 un mode de vie sédentaire1 et le stress3.
Dans cette relation symbiotique, le corps humain bénéficie de plusieurs avantages : nous fournissons un environnement stable et riche en nutriments, tandis que les micro-organismes soutiennent notre santé grâce à de nombreuses fonctions importantes, notamment la stimulation du système immunitaire, l’amélioration de la digestion et de l’absorption des aliments, la réduction de la croissance de la flore pathogène et le maintien de l’intégrité de la barrière intestinale3.
Ces effets bénéfiques peuvent être observés non seulement localement, mais aussi dans des organes distants, en raison de la distribution systémique des substances et des cellules produites dans l’intestin3. Les bénéfices dépendent de la quantité et de la qualité du microbiote ainsi que de son potentiel métabolique2. Ces mécanismes positifs peuvent être perturbés en raison d’une composition microbienne altérée, appelée dysbiose5.
La science continue de découvrir et d’expliquer la composition et la fonctionnalité du microbiote intestinal propre à chaque stade de la vie et les écarts par rapport à ce qui est considéré comme « normal » ou « sain »2. Grâce à des méthodes de plus en plus sophistiquées permettant de profiler et de caractériser des écosystèmes complexes, l’implication du microbiote dans un grand nombre de maladies intestinales et extra-intestinales est devenue plus évidente5.
La dysbiose
Compte tenu de la relation symbiotique étroite qui existe entre le microbiote intestinal et l’hôte, il n’est pas surprenant d’observer une divergence par rapport à la composition normale du microbiote dans toute une série d’états pathologiques, allant des maladies gastro-intestinales chroniques aux troubles du développement neurologique5.
Les preuves d’une altération du microbiote gastro-intestinal contribuant au développement d’états pathologiques sont de plus en plus nombreuses1. De nombreuses études ont montré qu’un déséquilibre du microbiote intestinal peut conduire au développement d’états tels que des maladies allergiques ou auto-immunes (par exemple, les maladies inflammatoires de l’intestin et le diabète de type 1, entre autres).
En outre, la comparaison de la diversité des populations microbiennes entre différents individus a permis d’identifier leur association avec différentes conditions pathologiques. De nombreuses études de ce type décrivent des associations entre la présence ou l’absence d’une série d’espèces microbiennes et une maladie particulière, ce qui renforce l’hypothèse d’un lien entre la dysbiose et l’étiologie de divers états pathologiques7.
Impact des changements microbiens intestinaux dans diverses maladies non transmissibles1
| Type | Maladie | Genre/phylum prédominant | Genre/phylum diminué | Mécanisme/rôle dans le développement de la maladie |
|---|---|---|---|---|
| Métabolique | Obésité | Firmicutes | Bacteroides, Akkermansia muciniphila | Inflammation causée par les LPS |
| Métabolique | Diabète de type 2 | Bacteroidetes et Proteobacteria, Clostridium | Firmicutes, Lactobacillus, F. prausnitzii, Roseburia intestinalis, Roseburia inulinivorans and E. rectale | Inflammation causée par les LPS |
| Vasculaire | Athérosclérose | Clostridia, Proteus, Shigella and Aerobacter | Métabolisme de la triméthylamine en N-oxyde de triméthylamine | |
| Infection | Diarrhée à Clostridioides difficile | Clostridioides difficile, constituants mineurs de l'intestin | Bacteroidetes, Firmicutes | Altération du microbiote intestinal normal, prolifération de Clostridioides difficile dans l'intestin |
| Malignité | Cancer du côlon | Helicobacter pylori, Enterococcus faecalis | E. rectale and F. prausnitzii | Signalisation pro-inflammatoire déséquilibrée par les bactéries colitogènes, effet cytotoxique direct, métabolisme de certains composés produisant des sous-produits cancérigènes |
| Maladie auto-immune | Polyarthrite rhumatoïde | Prevotella copri | Bifidobacterium, Bacteroide – Porphyromonas – Prevotella, sous-groupe Bacteroides fragilis et groupe E. rectale – Clostridium – Coccoides | Induction de la différenciation des cellules CD4+ en cellules Th17 et production d'auto-anticorps |
| Maladie auto-immune | Maladie cœliaque | Bacteroides, Prevotella et Escherichia coli | Bifidobacterium, Lactobacilius, F. prausnitzii | Induction de signaux pro-inflammatoires par l'activation des entérocytes ou des CPA classiques |
| Inflammation | Maladies inflammatoires de l'intestin - Colite ulcéreuse | Anaérobies facultatives | R. hominis and F. prausnitzii | Réponse aberrante de l'hôte envers son microbiote intestinal |
| Inflammation | Maladie de Crohn | Faecalibacterium prausnitzii, Bacteroides, Eubacterium | Diminution de la diversité globale du microbiote intestinal | Réponse aberrante de l'hôte envers son microbiote intestinal |
Le maintien ou la restauration de la flore normale chez les patients dont le microbiote intestinal a été altéré1 et l’amélioration de la santé humaine par la modulation des interactions microbiennes est un concept en pleine évolution, de plus en plus important pour les professionnels de la santé8. Récemment, la transplantation de microbiote fécal (FMT) a donné des résultats prometteurs dans le traitement des maladies infectieuses, neurologiques et gastro-intestinales9. En fait, les divers écosystèmes microbiens et les cellules immunitaires qui peuplent la surface du tractus gastro-intestinal constituent des cibles d’intervention, dans le but de réduire le risque de maladie et d’améliorer l’état de santé8. La modulation du microbiote comprend des changements de régime alimentaire, avec de nombreux aliments fermentés et des régimes riches en fibres, ainsi que des probiotiques, prébiotiques, symbiotiques et postbiotiques, dont certains sont disponibles sous forme de médicaments, de compléments alimentaires ou encore de dispositifs médicaux8.
Alors que la science continue à définir la composition et la fonctionnalité du microbiote intestinal spécifique à chaque étape de la vie et les écarts par rapport à ce qui est considéré comme « normal » ou « sain », des opportunités se présentent pour moduler le microbiote de manière bénéfique via le régime alimentaire ou d’un point de vue thérapeutique et entraîner des avantages translationnels pour la physiologie de l’hôte et sa santé globale10.
Références :
1 Pushpanathan P, Mathew GS, Selvarajan S, Seshadri KG, Srikanth P. Gut microbiota and its mysteries. Indian J Med Microbiol. 2019 Apr-Jun;37(2):268-277. 2 Mills S, Stanton C, Lane JA, Smith GJ, Ross RP. Precision Nutrition and the Microbiome, Part I: Current State of the Science. Nutrients. 2019 Apr 24;11(4):923. 3 Żółkiewicz J, Marzec A, Ruszczyński M, Feleszko W. Postbiotics-A Step Beyond Pre- and Probiotics. Nutrients. 2020 Jul 23;12(8):2189. 4 Lin L and Zhang BMC Immunology (2017) 18:2 5 Thursby E, Juge N. Introduction to the human gut microbiota. Biochem J. 2017 May 16;474(11):1823-1836. 6 Goldszmid RS and Trinchieri G. The price of immunity. Nat Immunol 2012;13:932–38. 7 Gomaa EZ. Human gut microbiota/microbiome in health and diseases: a review. Antonie Van Leeuwenhoek. 2020 Dec;113(12):2019-2040. 8 Salminen, S., Collado, M.C., Endo, A. et al. The International Scientific Association of Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of postbiotics. Nat Rev Gastroenterol Hepatol (2021). 9 Vijay, A., Valdes, A.M. Role of the gut microbiome in chronic diseases: a narrative review. Eur J Clin Nutr (2021). 10 Mills S, et al. Precision Nutrition and the Microbiome Part II: Potential Opportunities and Pathways to Commercialisation. Nutrients. 2019 Jun 27;11(7):1468.