Flore intestinale : obtenez plus d'énergie avec moins de nourriture

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

L'examen d'une femme se plaignant de diarrhée persistante et de douleurs abdominales aiguës a révélé une inflammation aiguë du côlon causée par Clostridia. Compte tenu de la résistance de la bactérie aux antibiotiques, le patient s'est vu proposer une méthode de thérapie expérimentale mais efficace - la transplantation du microbiote du donneur (microflore intestinale).

Après l'introduction de 600 ml d'une suspension de matières fécales de donneur dans les intestins du patient, les rechutes de la maladie n'ont plus été observées - le microbiote du donneur a réussi à déplacer l'agent pathogène et à occuper ses niches. Cependant, un an plus tard, la femme s'est plainte au médecin de la prise de poids rapide, alors que toute sa vie avant la transplantation, elle avait un poids corporel normal et stable. Dès le moment de l'intervention, l'augmentation était de 15 kg et le poids corporel total atteignait 77 kg pour une taille de 155 cm. Malgré la forme physique et l'alimentation, le poids du patient dépassait rapidement les 80 kg. Le médecin a noté qu'un donneur généralement en bonne santé est également en surpoids et a permis la possibilité d'une "contamination" de l'obésité par le microbiote. À première vue, une hypothèse aussi audacieuse repose sur une solide base de preuves. Dans cet article, je parlerai de l'effet du microbiote sur la digestion, et pourquoi sa diversité d'espèces diminue, et l'uniformité augmente le risque d'obésité.

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introduction

La probabilité d'hériter de l'obésité atteint 80 %, mais les différences individuelles dans le génome nucléaire représentent moins de 2 % de la variabilité du poids corporel dans la population. De plus, le génome nucléaire est transmis à l'enfant presque également de chaque parent, mais les enfants héritent de l'obésité avec une fréquence significativement plus élevée de leur mère. Ce phénomène s'explique souvent par l'influence sur le métabolisme des mitochondries, qui ont leur propre ADN et qui sont absentes dans la tête des spermatozoïdes; par conséquent, le génome mitochondrial n'est hérité par l'embryon que de l'ovule de la mère. Cependant, les résultats d'une étude du génome mitochondrial expliquent encore moins de cas d'hérédité de l'obésité. Ainsi, si l'hérédité de cette maladie n'est que partiellement médiée par les génomes nucléaire et mitochondrial, alors peut-être que l'obésité est transmise aux enfants principalement par le troisième génome humain - le microbiome (un ensemble de gènes du microbiote), qui est également hérité de la mère?

Héritage et variabilité du microbiome

Le développement intra-utérin s'accompagne d'une stérilité absolue du fœtus, qui pour la première fois reçoit le microbiote, surmontant le canal génital lors de l'accouchement naturel. Ainsi, les bébés nés naturellement ont un microbiote plus diversifié que ceux extraits par césarienne. De plus, des études ont montré que les enfants nés par césarienne ont un plus grand risque d'obésité. Néanmoins, la composition du microbiote de ces enfants se normalise progressivement sous condition d'allaitement, ce qui assure la dominance des bifidobactéries et des lactobacilles, qui suppriment les populations de bactérioïdes opportunistes et de clostridies. L'accouchement naturel et l'allaitement forment l'épine dorsale du microbiote, qui dure généralement toute la vie. L'enrichissement ultérieur du microbiote avec d'autres types de bactéries dépend du mode de vie.

Ainsi, par exemple, la fréquentation de la maternelle est un facteur important et indépendant pour augmenter la diversité des espèces du microbiote. D'autre part, l'utilisation généralisée d'antibiotiques et d'antiseptiques, ainsi que des normes sanitaires et d'hygiène strictes, réduisent le taux d'échange du microbiote entre les personnes et sa diversité (en savoir plus sur l'effet des antibiotiques sur le microbiote et la mauvaise haleine ici). Ainsi, on peut parler d'héritabilité et de variabilité du microbiome.

Structure du microbiote

Avec l'âge, le nombre de cellules bactériennes dans l'intestin atteint progressivement 100 000 milliards, ce qui dépasse de 10 fois le nombre de cellules du corps chez un adulte. Dans le même temps, en raison de la petite taille des bactéries, l'ensemble du microbiote pèse jusqu'à 2 kg et tient dans le gros intestin.

Environ 60% du contenu du rectum sont des micro-organismes dont les colonies se développent sur les fibres des aliments végétaux (cellulose), les utilisant comme nourriture et squelette, formant ainsi une consistance grumeleuse de matières fécales. Malgré le nombre important de bactéries, leur interaction avec le corps humain a longtemps été considérée par les scientifiques dans le strict cadre du commensalisme, dans lequel le micro-organisme profite de la relation, et le macro-organisme ne reçoit ni bénéfice ni préjudice. Cependant, avec le développement des méthodes de génotypage, le concept de microbiote a considérablement changé.

Il a été constaté que la diversité des espèces du microbiote atteint 300 à 700 espèces de micro-organismes et que leur génome total se compose de 10 millions de gènes, soit 300 fois plus que le génome humain. Une telle sommation des gènes du microbiome et une comparaison de leur nombre avec celui de l'homme n'est pas ici qu'un slogan. De nombreux gènes bactériens complètent fonctionnellement le génome nucléaire humain, et l'interaction interspécifique des micro-organismes est si étroite que certaines espèces ne peuvent littéralement pas vivre les unes sans les autres. Des découvertes récentes dans ce sens ont permis de parler de la relation mutuellement bénéfique entre l'homme et le microbiote, et l'ensemble de ses gènes s'appelle le microbiome ou le troisième génome humain. Pour illustrer, je vais donner un exemple précis.

Physiologie du microbiote

Avec les aliments végétaux, nous consommons des polymères de fructose (fructanes), que nous n'avons pas nos propres enzymes pour décomposer en sucres simples. Les fructanes non traités ne sont pas absorbés et leur accumulation dans les intestins provoque de graves troubles et dans la cavité buccale, ils sont utilisés par les bactéries carieuses pour se fixer à l'émail des dents. Nous sommes aidés par les bifidobactéries et les lactobacilles, qui possèdent des gènes enzymatiques pour diviser les fructanes en lactate et acétate. Ces métabolites créent des conditions plus acides qui réduisent la prolifération des bactéries opportunistes sensibles aux acides et causant la diarrhée. En outre, le lactate et l'acétate utilisent d'autres types de microflore amicale comme source d'énergie, qui produisent du butyrate - la principale source d'énergie pour les cellules épithéliales intestinales et un inhibiteur de la pénétration d'agents pathogènes intracellulaires, et ce composé réduit également le risque de développer une rectocolite hémorragique et un cancer du côlon. Ainsi, seuls quelques types de bactéries synthétisent une substance cicatrisante à partir de composants alimentaires dangereux pour le corps et, en protégeant leur niche des concurrents, en prime pour une personne, suppriment la croissance d'agents pathogènes dans ses intestins ! Imaginez maintenant comment des dizaines et des centaines d'espèces de micro-organismes sont combinées en chaînes métaboliques plus longues et plus ramifiées qui produisent des acides aminés essentiels, des vitamines et d'autres métabolites, modulant ainsi la digestion, l'immunité et même notre comportement, y compris la nourriture.

Microbiote et obésité

L'effet significatif du microbiote sur l'obésité a d'abord été démontré chez des animaux totalement dépourvus de micro-organismes et élevés dans des conditions stériles. En règle générale, les souris stériles ont généralement 42% moins de tissu adipeux que les souris comparables avec une microflore. Dans le même temps, les souris stériles plus minces consomment 29% de plus de nourriture que leurs homologues plus complètes avec une microflore. Les chercheurs ont transféré la microflore de souris normales à des souris stériles et ont observé une augmentation de 57 % du tissu adipeux en deux semaines, malgré une diminution de 27 % de la prise alimentaire !

Les auteurs ont conclu que la microflore aide à extraire plus d'énergie de moins de nourriture. Dans le même temps, l'efficacité énergétique de la digestion avec la microflore augmente tellement que l'excès de calories qui en résulte est stocké dans le tissu adipeux.

Les résultats obtenus dans cette étude sont dus à la faible variété de glycosidases synthétisées indépendamment par le corps des mammifères - des enzymes pour le clivage des liaisons dans les molécules glucidiques complexes telles que les fibres végétales. A titre de comparaison, si dans notre génome il n'y a que 20 gènes pour la synthèse des glycosidases, alors l'espèce bactérioïde synthétise à elle seule 261 types de glycosidases, et l'ensemble du microbiome contient 250 000 gènes pour la synthèse de ces enzymes. Ainsi, en l'absence de microbiote, les fibres riches en énergie quittent le corps avec des matières fécales, ne répondant pas aux besoins caloriques, de sorte que les souris stériles mangent plus et pèsent moins que leurs homologues à microflore normale. Les résultats de ces études font involontairement naître l'idée d'une méthode de traitement de l'obésité par la destruction totale du microbiote avec des antibiotiques. Cependant, la co-évolution de l'homme et du microbiote est allée si loin que la mise en œuvre de cette idée est impossible, et d'un point de vue clinique, elle est très dangereuse.

Premièrement, contrairement aux souris, nous ne pouvons pas nous permettre de vivre dans des conditions stériles. L'environnement contient de nombreux micro-organismes pathogènes qui se feront un plaisir d'occuper des niches exemptes de microflore naturelle. Par exemple, une femme dont le cas clinique est donné au début de l'article a contracté une infection à Clostridia juste après avoir été traitée pour une vaginose bactérienne avec de fortes doses d'antibiotiques. Deuxièmement, j'ai déjà mentionné que sans microbiote, nous ne sommes pas capables de décomposer nous-mêmes les fructanes, dont l'accumulation est lourde de troubles digestifs sévères. Et enfin, troisièmement, l'utilisation d'antibiotiques dans la pratique montre l'effet inverse - l'obésité est aggravée et un microbiote plus diversifié et plus riche en composition protège contre l'obésité.

Antibiotiques et obésité

Depuis le milieu du siècle dernier, les antibiotiques sont largement utilisés en agriculture pour accélérer la prise de poids du bétail. À cette fin, les préparations sont ajoutées à l'alimentation sur une base continue, de sorte que 70 % des antibiotiques produits sont consacrés à l'élevage.

L'effet positif des antibiotiques sur le poids corporel a longtemps été attribué à la prévention des infections, car un animal en bonne santé prend du poids plus rapidement. Mais plus tard, il a été prouvé que cette dépendance est médiée par des changements dans la composition du microbiote. Un effet similaire des antibiotiques sur le poids corporel humain a été considéré comme peu probable, car l'antibiothérapie est utilisée pendant une courte période et de manière sporadique. Pendant ce temps, il y a 10 ans, des études ont montré que même une seule cure d'antibiotiques entraîne une diminution de la diversité du microbiote humain en 4 ans. Une méta-analyse d'études portant sur près de 500 000 personnes en 2017 a révélé que l'utilisation d'antibiotiques pendant la petite enfance augmentait considérablement le risque d'obésité plus tard dans la vie, la dose d'antibiotiques étant en corrélation positive avec l'obésité. Ainsi, la diminution attendue du poids corporel à la suite de la suppression du microbiote ne se produit pas, mais à l'avenir, au contraire, le développement de l'obésité est observé. Vraisemblablement, les antibiotiques, détruisant sélectivement les représentants de la microflore normale qui leur sont sensibles, forment une sorte de "microbiote de l'obésité".

Le concept de chaîne métabolique continue et le « microbiote de l'obésité »

Un microbiote complet est une chaîne métabolique continue de réactions qui décompose les fibres riches en énergie en composés pauvres en énergie. Dans ce cas, chaque métabolite intermédiaire contenant encore de l'énergie est assimilé par la bactérie suivante de la chaîne métabolique, capable de synthétiser des enzymes pour sa dégradation, absorbant sa part d'énergie. Les métabolites finaux du fonctionnement de la chaîne métabolique continue sont les acides gras à chaîne courte, qui sont principalement catabolisés par les cellules intestinales et ne sont pas sublimés dans le tissu adipeux, et certains d'entre eux inhibent même la lipogenèse et suppriment l'appétit. Ainsi, un microbiote à part entière utilise presque entièrement l'énergie des fibres et protège l'hôte de l'obésité, même s'il abuse des glucides rapides.

Contrairement à la microflore normale, le "microbiote de l'obésité" est monotone en raison de l'absence d'espèces, de genres ou de familles entières de bactéries, il n'est donc pas capable de former une chaîne métabolique continue. Étant donné que différents types de fibres sont décomposés par de nombreux représentants du microbiote, l'absence de certains d'entre eux ne bloque pas le début de la chaîne métabolique et les fibres alimentaires sont décomposées en toute sécurité en métabolites intermédiaires. A son tour, l'absence d'espèces bactériennes dégradant spécifiquement les métabolites intermédiaires conduit à l'accumulation de ces derniers dans la lumière intestinale. Contrairement aux fibres, les métabolites intermédiaires sont capables d'être absorbés par l'organisme, augmentant notamment les réserves de tissu adipeux. Ainsi, le « microbiote de l'obésité » contient une sorte de lacunes à travers lesquelles l'énergie « flue » dans le corps humain.

Le prétendu "microbiote de l'obésité" a été étayé par des expériences sur la transplantation d'excréments de personnes de morphologies différentes à des souris stériles. Pour exclure d'autres facteurs, le microbiote pour la transplantation a été recruté à partir de 8 jumeaux, dont les paires différaient par la présence et l'absence d'obésité, et des souris, qui ont reçu le microbiote de personnes ayant des morphologies différentes, vivaient séparément. Le microbiote dérivé de jumeaux obèses avait une composition en espèces clairsemée par rapport au microbiote plus diversifié des jumeaux au corps normal.

À la suite de l'expérience, les souris qui ont reçu le "microbiote d'obésité" ont montré un gain significatif de graisse corporelle dès le 8e jour après la transplantation. Dans le même temps, la masse de graisse chez les souris ayant reçu le microbiote de jumeaux de poids corporel normal est restée sans changement significatif tout au long de l'expérience.

De plus, les auteurs de cette étude ont décidé de tester la contagiosité de l'obésité. Pour cela, les souris obtenues à la suite de transplantation de différents microbiotes ont été placées dans une cage commune après 5 jours. Le contrôle du poids corporel et de la composition corporelle au 10e jour de cohabitation a montré que les souris ayant reçu le « microbiote d'obésité » ont pris moins de graisse que les souris similaires dans la première partie de l'expérience (vivant en isolement), et ne différaient pratiquement pas de la cohabitation. souris ayant reçu le microbiote de jumeaux au physique normal. L'analyse du microbiome a montré une augmentation de la diversité du microbiote chez les souris qui ont initialement reçu un "microbiote d'obésité" uniforme. Il est important de noter que les souris maigres qui ont initialement reçu un microbiote diversifié n'ont pas contracté d'obésité de la part de leurs cohabitants.

L'analyse des métabolites dans l'intestin a montré qu'après cohabitation chez des souris ayant initialement reçu le « microbiote de l'obésité », il y avait une diminution des disaccharides et une augmentation des acides gras à chaîne courte. Ainsi, il a été constaté qu'un microbiote diversifié protège contre le développement de l'obésité, et la transplantation ou le transfert naturel d'un tel microbiote à des souris obèses conduit à une normalisation du poids corporel.

Conclusion

Il est à noter que les souris sont des coprophages, ce qui facilite grandement les échanges naturels de microbiote entre cohabitants. Cependant, les résultats des études sur le microbiote et l'épidémiologie de l'obésité chez l'homme peuvent aussi s'expliquer par l'échange de microflore par le biais d'interactions sociales. Ci-dessus, j'ai expliqué comment aller à la maternelle augmente la diversité du microbiote, mais l'échange de microflore peut également se produire via d'autres liens sociaux et potentiellement affecter le risque d'obésité. Par exemple, une analyse des dossiers médicaux de 1 519 familles de militaires américains a permis d'établir que l'indice de masse corporelle des membres de la famille après avoir été affectés à un nouveau lieu d'affectation dans les 24 mois a changé conformément aux indicateurs de la population de la zone. Les auteurs de cette étude et de 45 autres études similaires suggèrent que les différences entre notre physique et celui de l'environnement immédiat peuvent augmenter l'inconfort psychologique, ce qui, à son tour, affecte le comportement alimentaire et l'activité physique. Cependant, les tentatives pour prouver cette relation causale ont jusqu'à présent été infructueuses. Parallèlement, les échanges de microbiote via l'environnement et les contacts directs peuvent expliquer ce phénomène.

Dans ce contexte, mon expérience de vie peut aussi être intéressante. Je suis moi-même encore drish et le dicton "pas pour nourrir les chevaux" parle de moi ! Et depuis que j'ai rencontré ma femme, elle a commencé à perdre du poids d'année en année. Certes, elle n'a jamais eu d'obésité, mais dès le début de notre relation, elle a sensiblement perdu du poids. Même étudiante, elle plaisantait en disant que je l'avais infectée avec mes vers, mais dès que j'ai eu un travail au laboratoire, j'ai tout vérifié et rien trouvé de tel. Puis, pour la première fois, j'ai suggéré qu'il s'agissait peut-être des particularités de mon microbiote, que ma femme a peu à peu adopté. Malheureusement, il est impossible d'étudier ces caractéristiques dans notre laboratoire, j'ai donc envoyé un échantillon de mon "monde intérieur" à Atlas pour analyse. J'écrirai sur les résultats de l'analyse dans le prochain article, dans lequel je parlerai en détail des méthodes de correction du microbiote afin de réduire le poids corporel (upd: une histoire sur les résultats).