vignette|Rôles du microbiote intestinal : il protège contre des pathogènes, synthétise des vitamines, participe au développement et à la maturation du système immunitaire, promeut l'angiogenèse, participe à la régulation de la prise alimentaire, de la glycémie et de la prise de poids via la fermentation des fibres en AGCC (acides gras à chaînes courtes)La fermentation des fibres par les bactéries intestinales produit les acides gras volatils (principalement l'acétate, le butyrate et le propionate selon le type de fibres), substrats de la néoglucogenèse intestinale qui induit la satiété, la sensibilité à l'insuline et la moindre prise de poids lipidique (effet anti-diabète et anti-obésité). Cf , , module le SNC (système nerveux central).
Le microbiote intestinal humain, anciennement appelé flore intestinale humaine, est constitué des microorganismes (archées, bactéries et levures — et les virus qui les infectent) du tractus digestif humain, appelé microbiome intestinal, et de l'ensemble de l' appareil digestif (estomac, selles, etc). Il représente le plus grand réservoir du microbiote de l'organisme humain et un réservoir d’activités enzymatiques essentiel pour la digestion et la physiologie humaines. À ce titre, il influe sur la santé.
Ce microbiote et son hôte humain sont un exemple de symbiose mutualiste (coopération entre différentes sortes d’organismes impliquant un avantage pour chacun) et de commensalisme. Le microbiote peut réguler l’expression de certains gènes de l'hôte, ce qui fait évoquer des relations symbiotiques avancées Dethlefsen L, Eckburg PB, Bik EM, Relman DA. « » Trends Ecol Evol. 21, 517–523 (2006) Larsson, E. 61, 1124–31 (2012) .
Chez un individu en bonne santé, l'activité métabolique de ce microbiote en fait l'équivalent d'un organe à part entière dans la physiologie humaine. Il est impliqué dans la maturation du système immunitaire et de l'épithélium intestinal de l'hôte Mazmanian SK, Liu CH, Tzianabos AO, Kasper DL. 122, 107–118 (2005) . Il intervient dans de nombreuses voies métaboliques fondamentales comme la fermentation des sucres et des protéines ainsi que le métabolisme des acides biliaires et des xénobiotiques.
En matière de nutrition, il permet aux systèmes digestifs de fermenter les fibres alimentaires et il synthétise des vitamines essentielles Bäckhed F, Ley RE, Sonnenburg JL, Peterson DA, Gordon JI. 307, 1915 (2005) Ley RE, Lozupone CA, Hamady M, Knight R, Gordon JI. « » Nat Rev Microbiol. 6, 776–788 (2008) .
En cas de dysbiose, c’est‐à‐dire de changement dans la composition ou la stabilité des populations bactériennes de l’intestin, le microbiote peut être associé à des maladies métaboliques telles que le diabète de type 2, l'obésité ou les maladies cardiovasculaires. Par ailleurs, certaines composantes du microbiote ont été associées aux maladies inflammatoires chroniques de l'intestin telles que la maladie de Crohn ou la rectocolite hémorragique Swidsinski A. 122, 44–54 (2002). Manichanh C. 55, 205–11 (2006) Vasquez N. 13, 684–692 (2007) , mais aussi au développement d'allergies MacDonald TT, Bell I, Monteleone G. « » Biochem Soc Trans. 39, 1061–1066 (2011) et au cancer colorectal Sobhani I. Microbial Dysbiosis in Colorectal Cancer (CRC) Patients« Microbial Dysbiosis in Colorectal Cancer (CRC) Patients » PLoS ONE 6, e16393 (2011) .
Bien que les recherches aient progressé depuis les années 2000, grâce aux techniques de séquençage haut débit du matériel génétique, la connaissance dans ce domaine est encore exploratoire et scientifiquement incomplète. Ces hypothèses scientifiques ouvrent des pistes prometteuses, que la vulgarisation scientifique et médiatique simplifie parfois sous le terme de « deuxième cerveau ».. Les relations de cause à effet de corrélations observées doivent toutefois être généralement mieux établies.
Structure et écologie du microbiote intestinal vignette|Hétérogénéité du microbiote intestinal le long du tractus digestif. vignette|Répartition de la quantité de bactéries le long du tractus digestif. vignette|Escherichia coli, une des nombreuses espèces de bactéries présente dans la flore intestinale. L'intestin d'un humain adulte abrite environ de bactéries actives sur une surface développée de (correspondant aux villosités et microvillosités). La mention d'une surface de , équivalent à celle d'un terrain de tennis, a longtemps prévalu mais provenait de mesures réalisées sur des tissus morts.. La culture en laboratoire étant difficile, ce sont les techniques de biologie moléculaire associées à des outils bioinformatiques qui ont permis de décrire l'écologie et la structure du microbiote intestinal humain Suau, A. 65, 4799–807 (1999). .
Dans un article paru dans lAmerican Journal of Clinical Nutrition en 1972., le nombre de cellules microbiennes était estimé à 10 fois le nombre de cellules humainesL’estimation de cet article reposait sur la supposition que 10 bactéries sont présentes par gramme de contenu du tube digestif, lequel représente environ 1 litre, soit ., soit cent mille milliards de microorganismes (10).. En tenant compte d'un vaste corpus de données expérimentales récentes, des chercheurs israéliens estiment plutôt que le nombre total de bactéries hébergées par « l'individu de référence » (un être humain âgé de , pesant et mesurant ) est de , à peu près autant que le nombre de cellules humaines, avec une marge d’erreur de 25 %..
De plus, le nombre des gènes du microbiote, le métagénome, est au moins 150 fois plus important que celui du génome humain, pour ce dernier contre 3,3 millions pour le premier décompte publié sur le microbiome intestinal. Tout au long du tractus digestif, il existe un gradient de concentration en bactéries. La densité maximale est atteinte dans notre côlon distal avec pour un gramme de contenu Holdeman, L. V, Good, I. J. & Moore, W. E. C. 31, 359–375 (1976) Savage, D. C. C. 31, 107–33 (1977).
L’intestin bénéficie d’une protection immunitaire tout en évitant une réponse inflammatoire alors que la muqueuse intestinale est constamment exposée à deux entités allogènes, les aliments et le microbiote. C'est pourquoi il est considéré par les chercheurs comme un paradigme central du concept d’organe immunoprivilégié.
Saisonnalité et environnement vignette|Une des nombreuses espèce de Bacteroides se trouvant dans le tractus gastro-intestinal plus communément appelé tube digestif, cultivé dans la gélose au sang.
Saisonnalité L'alimentation influe fortement sur le microbiote. Chez nos ancêtres chasseurs-cueilleurs , le microbiote du tube digestif (et peut-être de la peau) devait évoluer saisonnièrement avec des profils bactériens, s'adaptant aux saisons sèches et humides ; ensuite, l'expansion de l'agriculture l'a probablement stabiliséPrice M (2017) Early human gut bacteria may have cycled with the season, 24 août 2017.
Cette hypothèse a été récemment confirmée en 2017 par l'étude du microbiote de du peuple Hadza parmi le millier environ vivant encore près du lac Eyasi dans la vallée du Rift en Tanzanie. Cette population a encore un mode de vie très traditionnel de chasseurs-cueilleurs, évitant presque l'agriculture pour vivre essentiellement de la chasse et de la cueillette. En 2014, des anthropologues ont constaté que beaucoup de Hadza abritaient une population bactérienne intestinale bien plus variée que celle des Occidentaux modernes (et l'étude a montré au passage que les Hadza ne souffrent ni de cancer colorectal, ni de colite ni de la maladie de Crohn). Les bactéries intestinales des Hadza semblaient aussi s'être spécialisées dans la réduction de leur alimentation riche en fibres. L'alimentation des Hadza varie fortement selon les saisons : en saison humide, les baies et le miel dominent, alors que la viande (phacochère, antilope et girafe notamment) domine en saison sèche, mais certains tubercules ou fruits (celui du baobab par exemple) sont consommés toute l'année. Les analyses ARN de leur microbiote intestinal ont montré que sa biodiversité augmente beaucoup en saison sèche (par rapport à celle de la saison des pluies) avec des bactéries du genre Bacteroides alors particulièrement abondantes. C'est la première étude qui prouve un cycle saisonnier dans le microbiome humain. Les enzymes biosynthétisés par ces bactéries (qui rendent digestibles les glucides végétaux) sont plus abondantes en saison sèche, ce qui semble contre-intuitif car les Hadza mangent alors plus de viande et moins de plantes.
Le protocole d'étude ne prévoyait pas de dresser la liste des aliments précisément ingérés par chaque donneur d'échantillon d'excrément, ce qui ne permet pas de préciser d'autres éventuels liens entre le régime alimentaire et le microbiote. Mais elle invite à penser que nos ancêtres humains avaient un microbiote évoluant saisonnièrement (comme celui d'autres animaux). L'intestin humain pourrait avoir un « biorythme » synchronisé avec le rythme d'évolution de ses ressources naturelles alimentaires, et dans les zones aujourd'hui très agricoles ou industrialisées, ce microbiote pourrait éventuellement être désynchronisé d'avec le cycle des saisons, peut-être (mais ce serait à confirmer) en affectant notre santé intestinale.
Les Hadza ne présentent pas un « microbiome ancestral » spécifique, c'est la diversité des bactéries qu'ils abritent qui est simplement plus grande et varie selon les saisons.
Les auteurs notent qu'il est de plus en plus difficile de faire ce type d'étude car les chasseurs-cueilleurs sont moins nombreux chaque année, quittant leur mode de vie pour s'intégrer dans les communautés villageoises ou urbaines voisines. En outre, les ONG et instances gouvernementales leur distribuent une aide alimentaire composée surtout de farine de blé et de maïs qui ne varie pas selon les saisons. Mieux connaître leur santé, leur biologie et leur état nutritionnel pourrait aider à améliorer la pertinence des aides alimentaires, plaident les auteurs.
Environnement et contexte Une autre étude, métagénomique, confirme en 2018 une étude de 2016Xie H (2016) Shotgun metagenomics of 250 adult twins reveals genetic and environmental impacts on the gut microbiome. Cell Syst. 3, 572–584 , selon laquelle l'environnement joue un rôle important dans la structuration du microbiote, et ce rôle prédomine largement (par rapport à l'ascendance génétique de l'hôte) comme déterminant de la formation du microbiote intestinal humain. Ce travail montre aussi que plusieurs phénotypes humains sont aussi fortement associés à leur microbiome intestinal qu'à la génétique de l'hôte Daphna Rothschild, Omer Weissbrod[…]Eran Segal (2018), Environment dominates over host genetics in shaping human gut microbiota |Nature |doi:10.1038/nature25973 . Cette étude repose sur les données génotypiques et microbiomatiques de sains, ayant des origines ancestrales distinctes. En 2013, Song et ses collègues avaient d'ailleurs déjà montré que les personnes d'une famille cohabitant sous un même toit partagent une partie de leurs microbiote intestinal, y compris avec leur chienSong S.J (2013) Cohabiting family members share microbiota with one another and with their dogs. eLife 2, e00458. L'étude de 2018 confirme que ceci est également vrai pour des personnes génétiquement non apparentées.
Les Coréens et les Japonais seraient mieux protégés des cancers, obésité et maladies cardiovasculaires, du fait de leur consommation d'algue alimentaire. Selon une étude réalisée à la station biologique de Roscoff en 2010, la digestion des algues du genre Porphyra induirait un transfert de gènes de bactéries marines aux bactéries du microbiome intestinal, avec un effet favorable pour défenses immunitaires humaines.