Écologie du microbiome intestinal
Par : Zach Aanderud Ph.D.
Cet article décrit l’écologie de base du microbiome intestinal. Met en évidence les trois avantages les plus importants de votre microbiome intestinal, y compris la protection contre les produits chimiques entre le cerveau et le microbiome intestinal.
Dans chacun de nos gros intestins vivent des trillions de micro-organismes qui, ensemble, créent un organe de soutien au centre de notre santé appelé microbiome intestinal. Notre intestin abrite la plus grande densité de micro-organismes, appartenant principalement à des bactéries, mais aussi à des champignons, des archées et des protistes, de tous les biomes ou microbiomes de la Terre. Plus de 5 000 espèces différentes de micro-organismes, pesant environ 2 kg, soit presque deux fois plus que notre cerveau, vivent dans notre tube digestif (Bäckhed et al 2005 ; Sekirov et al 2009 ; Sender et al 2016). Nous sommes nous-mêmes à parts égales bactéries et humains, le nombre de cellules de notre microbiome étant égal à celui de nos propres cellules.
En outre, si nous étudions les gènes responsables de l’activité, notre microbiote intestinal peut exprimer ≥ 100 fois plus de gènes que notre propre génome avec 3,3 millions de gènes codants uniques par rapport aux 23 000 gènes de l’ensemble de notre génome humain (Amon et Sanderson 2017).
Mais avant de nous concentrer sur les nombreuses fonctions diverses et essentielles dues à la diversité génétique de notre microbiome intestinal, nous devons parler de l’écologie de notre tube digestif. À la base, notre digestion se produit dans un écosystème où interagissent des éléments vivants (c’est-à-dire notre tractus gastro-intestinal, notre microbiome intestinal) et des éléments non vivants (c’est-à-dire les aliments que nous mangeons). Décortiquons chacun de ces éléments.
Tractus gastro-intestinal
Bien que la disponibilité des nutriments soit la plus élevée à proximité des sites d’absorption, l’estomac et l’intestin grêle contiennent un nombre relativement faible de micro-organismes. Le nombre de microbes est limité dans ces zones en raison du faible pH du contenu de l’estomac, de la toxicité microbienne des sels biliaires et du flux relativement rapide du digest. Plus de 90 % de la digestion a lieu dans ces sites où les concentrations d’oxygène sont relativement élevées (Rinninella et al 2019).
En revanche, le gros intestin, situé à l’extrémité distale du tractus gastro-intestinal, conserve et continue à digérer les aliments pendant six fois plus longtemps que l’intestin grêle et nous rend de multiples autres services dans un environnement pauvre en oxygène. Dans l’intestin, les cellules de l’épithélium intestinal forment une couche, une surface luminale ou une paroi du tractus gastro-intestinal. Cette couche remplit deux fonctions principales : absorber les substances utiles dans l’organisme et empêcher l’entrée de substances nocives ou de micro-organismes. Pour accomplir correctement ces tâches, les cellules de l’épithélium intestinal génèrent une barrière de muqueuse intestinale entre le corps et l’intestin, qui empêche la translocation incontrôlée du contenu luminal dans le corps et héberge les bactéries dans le gros intestin.
Microbiome intestinal
Plus de 99 % de notre microbiome intestinal se trouve dans le gros intestin, avec des bactéries associées à la muqueuse qui ont un impact à long terme sur notre santé immunitaire et métabolique en raison de la proximité de l’épithélium (Juge 2022), ou des bactéries plus éphémères qui vivent en liberté et qui traversent notre gros intestin quotidiennement. Les bactéries qui occupent une niche dans la couche muqueuse sont les véritables résidentes de notre gros intestin, tandis que les bactéries qui vivent en liberté ne font que « faire du stop » dans nos intestins. Dans le côlon du gros intestin, un environnement pauvre en oxygène, vous trouverez des bactéries anaérobies dominées par les phyla bactériens Bacillota (anciennement Firmicutes), Bacteroidota, Actinomycetota, et Psuedomonadota (anciennement Proteobacteria) et les genres Bacteroides, Clostridium, Faecalibacterium, Eubacterium, Ruminococcus, Peptococcus, Peptostrptococcus et Bifidobacterium (Rinninella et al 2019). D’autres genres comme Escherichia et Lactobacillus sont présents dans une moindre mesure.
Votre alimentation
En fin de compte, 60 % de la masse sèche de nos excréments sont constitués de bactéries du microbiome intestinal. Les besoins en carbone et en énergie des très nombreuses bactéries présentes dans notre intestin sont satisfaits par plusieurs sources : polyphénols alimentaires complexes, fibres digestibles, autres glucides, protéines et graisses qui ont échappé à la digestion, composants des sécrétions de l’hôte (mucines) et cellules épithéliales décollées. Le degré stupéfiant de diversité bactérienne dans le gros intestin indique une multitude de niches écologiques créées non seulement par notre propre physiologie, mais aussi par le développement de réseaux alimentaires complexes où les sous-produits d’une bactérie peuvent devenir le substrat d’autres bactéries (Walter 2008). Notre régime alimentaire détermine les types d’aliments qui contribuent à la diversification de notre microbiome.
Le microbiome intestinal offre une pléthore de bienfaits essentiels pour la santé, et cet article en soulignera trois : le renforcement de notre système immunitaire, la production de vitamines et la lutte contre les toxines, et la production de neurotransmetteurs qui ont un impact sur notre bien-être mental.
Renforcement du système immunitaire
Un microbiome intestinal sain renforce considérablement le système immunitaire, c’est-à-dire le réseau complexe d’organes, de cellules et de protéines qui défendent l’organisme contre les infections. Les résidents bactériens de notre gros intestin modifient la chimie de l’intestin, occupent entièrement l’espace intestinal et sécrètent des protéines antimicrobiennes qui excluent les agents pathogènes potentiels. Les bactéries présentes dans nos intestins métabolisent les aliments par fermentation et génèrent des acides gras à chaîne courte (AGCC) tels que les acides acétique, butyrique et propionique. Ces AGCS renforcent la réponse immunitaire antibactérienne de l’hôte en abaissant le pH gastrique et en inhibant la croissance de pathogènes nocifs tels que Clostridium difficile (Ouyang et al 2022). Clostridium difficile est un pathogène diarrhéique opportuniste responsable d’une morbidité et d’une mortalité importantes dans le monde entier, généralement induites par les traitements antibiotiques (Gregory et al 2021).
Les aliments qui favorisent l’augmentation des niveaux de SCFA sont les polyphénols alimentaires, les fructo-oligosaccharides et les glucides et fibres indigestes tels que l’inuline, les amidons résistants, les gommes et les pectines. En outre, de nombreuses bactéries résidentes et transitoires de nos microbiomes intestinaux produisent de petites quantités de molécules antibactériennes appelées bactériocines (par exemple, microcines, entérocines et staphylococcines) qui ont la capacité d’éliminer des agents pathogènes colonisateurs spécifiques (Heilbronner et al 2021). Les AGCS contribuent également à maintenir l’intégrité des cellules de l’épithélium intestinal.
Le déséquilibre des micro-organismes ou la rupture de la barrière muqueuse augmente la perméabilité intestinale de l’épithélium dans un processus appelé dysbiose. Malheureusement, la dysbiose intestinale exacerbe de nombreuses maladies auto-immunes, notamment la polyarthrite rhumatoïde, la sclérose en plaques et la maladie cœliaque (Chang et Choi 2023 ; Chen et Vitetta 2021). Un microbiome intestinal sain aide considérablement à maintenir l’homéostasie dans l’organisme en favorisant le bon fonctionnement du système immunitaire.
Vitamines et toxines
Des vitamines spécifiques, essentielles à notre santé, ne sont générées que dans nos microbiomes intestinaux. La plupart des vitamines doivent être fournies de manière exogène par des sources externes. Les vitamines sont présentes dans divers aliments, ce qui signifie que des carences peuvent survenir en raison d’une mauvaise alimentation.
De manière inattendue, notre microbiome intestinal peut synthétiser des vitamines de novo (depuis le début), notamment plus de 30 % de la vitamine K et des vitamines du groupe B telles que la riboflavine, la niacine et la cobalamine (Nysten et Dijick, 2023). La vitamine K est nécessaire à la santé osseuse, cognitive et cardiaque, et les groupes de vitamines B sont nécessaires au maintien d’une bonne santé générale, ayant un impact sur les niveaux d’énergie, les fonctions cérébrales et le métabolisme cellulaire.
Les vitamines sont essentielles à notre santé, mais d’autres substances chimiques sont extrêmement nocives pour nous. Nous sommes constamment bombardés de xénobiotiques (c’est-à-dire de substances chimiques qui ne sont pas normalement présentes dans l’environnement des organismes vivants), qu’il s’agisse de la pollution d’origine anthropique ou des additifs alimentaires et des pesticides. Sans le métabolisme de notre microbiome intestinal, de nombreux xénobiotiques atteindraient des concentrations toxiques (Croom 2012). En raison de la diversité génétique, un intestin sain contient une puissante capacité de métabolisation pour biotransformer une myriade de xénobiotiques dépassant de loin notre propre potentiel métabolique (Dikeocha et al 2022 ; Abdelsalam et al 2020).
Connexion intestin-cerveau
Votre cerveau et votre microbiome intestinal sont en conversation permanente par l’intermédiaire de millions de cellules nerveuses. La connexion intestin-cerveau est la signalisation biochimique qui se produit entre les bactéries vivant dans votre tractus gastro-intestinal et votre système nerveux central. Les signaux biochimiques sont initiés par des neurotransmetteurs (Reynoso-Garcia et al 2022) comme les AGCS (Obata et Pachnis 2016), la 5-hydroxytryptamine (5-HT, sérotonine), l’acide γ-aminobutyrique (GABA ; Pokusaeva et al 2017), et des hormones comme le cortisol (Valles-Colomer et al 2019). Ensemble, l’intestin et le cerveau influencent directement ou indirectement les émotions, la cognition et la physiopathologie des troubles cérébraux.
Par exemple, 95 % de notre neurotransmetteur sérotonine est généré dans notre intestin, qui régule les émotions (c’est-à-dire l’humeur, le sommeil, la digestion, les nausées, la cicatrisation, la santé osseuse, la coagulation sanguine et le désir sexuel ; Terry et Margolis 2017). D’autres maladies neuropsychiatriques, comme les troubles dépressifs, sont également liées à la dysbiose intestinale. En général, une diminution des bactéries Bacillota est à l’origine d’une baisse des acides gras saturés en cas de dépression, ce qui affecte la barrière intestinale (Huang et al 2018). En outre, les niveaux de bifidobactéries étaient également réduits dans la dépression et la réintroduction d’espèces probiotiques comme Bifidobacterium longum et Bifidobacterium breve réduisait les comportements dépressifs et augmentait la sécrétion de 5-hydroxytryptophane et de butyrate (Tian et al 2019).
En fin de compte, lorsque nous avons une intuition, des papillons dans l’estomac, ou que nous nous fions à notre intuition, nous écoutons, en partie, la dialectique entre notre microbiome intestinal et notre cerveau.
Avec nos microbiomes intestinaux, nous formons un « superorganisme ». Nous sommes dépendants les uns des autres. Avec des billions de cellules, des milliers d’espèces différentes et des fonctions génétiques relativement illimitées, nos microbiomes intestinaux remplissent des fonctions quotidiennes essentielles que nous sous-estimons largement. Nous devons apprécier et entretenir nos microbiomes afin de pouvoir bénéficier pleinement de nos centres de santé.
A propos de l’auteur
Zach Aanderud est titulaire d’un doctorat et professeur d’écologie microbienne et de biogéochimie à l’université Brigham Young. Il est né et a grandi à Portland, dans l’Oregon, et a étudié à la BYU, à l’université de Californie à Davis et à l’université de l’État du Michigan.
Références
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