Tractus gastro-intestinale et microbiote

Physiologie du tractus

Le système digestif inclut le tractus gastro-intestinal ainsi que les organes accessoires de la digestion, notamment les glandes salivaires, le foie, la vésicule biliaire et le pancréas exocrine. Le tractus gastro-intestinal permet l‘acheminement des aliments mais aussi la digestion chimique et enzymatique de ces derniers depuis leur ingestion au niveau de la bouche jusqu‘à leur excrétion au niveau du rectum. Il est composé de la bouche, de l‘oesophage, de l‘estomac, de l‘intestin grêle, lui-même comportant le duodénum, le jéjunum et l‘iléon et est terminé par le gros intestin (Figure 1). Il a pour fonction l‘absorption des nutriments (glucides, protéines, lipides, minéraux et vitamines), mais aussi de l‘eau et des électrolytes. Il joue aussi un rôle de protection de l‘organisme en prévenant le passage des bactéries et des autres substances indésirables provenant de la lumière intestinale, et exerce enfin un rôle de surveillance immunitaire via l‘association avec les tissus lymphoïdes. Les fonctions du tractus gastro-intestinal sont régulées par des hormones du système nerveux autonome (Reed et al., 2009).

La morphologie et la structure du tube digestif varie d‘une personne à une autre en terme de dimension et de zones de surfaces d‘absorption (Desesso et Jacobson, 2001). I. 1.2 Description générale du système digestif Le tractus gastro-intestinal est un écosystème complexe et ouvert aux microorganismes exogènes. Sa muqueuse étant estimée à 200-300 m2, il représente la plus grande surface du corps en contact avec l‘environnement. L‘écosystème gastro-intestinal est généré par une alliance stable entre 1) l‘épithélium gastro-intestinal, 2) le système immunitaire et 3) une importante flore microbienne. Si l‘un des trois composants de l‘écosystème est défaillant, des pathologies peuvent survenir. Les interactions entre les microorganismes et l‘hôte peuvent être de trois types symbiose, commensalisme ou pathogénicité. L‘hôte est protégé contre la microflore intestinale pathogène par les barrières chimiques et physiques formées par l‘épithélium gastro-intestinal (Bäckhed et al., 2004).

Microbiote intestinal Le microbiote intestinal désigne l‘ensemble de la population de microorganismes vivant au sein du tractus gastro-intestinal en accord avec l‘hôte. Il est composé de nombreuses espèces bactériennes, et est de loin le microbiote le plus peuplé et le plus complexe (Raibaud et Ducluzeau 1989). La prévalence des bactéries dans le tractus gastro-intestinal dépend des conditions qui y régnent. Deux catégories de bactéries sont distinguées les bactéries autochtones et les bactéries allochtones. Les bactéries autochtones ou indigènes se trouvent habituellement dans des niches particulières. On y trouve des bactéries dominantes, de 108 à 1011 UFC/g fèces, qui sont souvent anaérobies strictes et composée de 25 à 40 espèces, il y a aussi les bactéries sous-dominantes, de 106 à 108 UFC/g fèces. Les bactéries allochtones ou en transit provenant d‘autres habitats que le tractus qui sont inférieures à 106/g de fèces. La majorité des bactéries pathogènes sont allochtones. Quelques bactéries pathogènes peuvent cependant être autochtones. Elles vivent alors normalement en « harmonie » avec l‘hôte, excepté lorsque l‘équilibre du système est rompu (Hao et Lee 2004).

Origine et développement du microbiote intestinal L‘établissement du microbiote intestinal résulte de diverses séquences de colonisation bactérienne. Au moment de la naissance, le nouveau-né quitte un environnement stérile (utérus) et se retrouve exposé à de nombreuses bactéries provenant de sa mère (microbiotes vaginal, intestinal et cutané) et de son environnement immédiat (milieu hospitalier ou autre, personnel hospitalier, entourage…). En effet, dès la rupture des membranes foetales, les bactéries envahissent le nouveau-né et colonisent les surfaces en contact avec l‘extérieur (McLoughlin et Mills 2011). Les bactéries sont détectables dans les fèces quelques heures après la naissance (Del Chierico et al., 2012). Le niveau de colonisation de l‘intestin du nouveau-né est estimé à 108 à 1011 UFC/g de fèces, 48 heures après sa naissance (Campeotto et al., 2007). Le tractus gastro-intestinal est d‘abord colonisé par les bactéries aérobies et anaérobies facultatives. En consommant l‘oxygène, ces bactéries, permettent la colonisation par des bactéries anaérobies strictes (Vael et Desager 2009).

En effet, des études indiquent qu‘en général, les nouveaux-nés sont premièrement colonisés par des entérobactéries (Escherichia coli), des staphylocoques, des entérocoques (Enterococcus faecalis), des streptocoques et des lactobacilles qui semblent créer un environnement réduit favorable à l‘établissement deux à trois jours après la naissance des bactéries appartenant à des genres comme Bacteroides, Bifidobacterium et Clostridium ainsi que les lactobacilles supportant mal l‘oxygène (Coudeyras et Forestier 2010). La composition du microbiote se diversifie en fonction de différents paramètres comme l‘allaitement et se stabilise après la diversification du régime alimentaire. L‘équivalent du microbiote adulte est atteint en moyenne à l‘âge de deux ans (Leclerc et al., 2007). Des études indiquent que le vieillissement entraîne un déclin des bifidobactéries en faveur des entérobactéries (Woodmansey 2007). Cette diminution des bifidobactéries peut avoir un impact sur la santé du sujet âgé car ces bactéries sont impliquées dans la stimulation du système immunitaire et dans les processus métaboliques, ce qui pourrait en partie expliquer les problèmes de malnutrition des sujets âgés (Guigoz, Doré et Schiffrin 2008).

Participation à la nutrition Les bactéries du microbiote intestinal peuvent participer au métabolisme de l‘hôte en consommant des éléments non digérés par l‘hôte comme les carbohydrates (pectine, cellulose…), fournissant ainsi des nutriments à l‘hôte ou à d‘autres bactéries du microbiote. L‘activité métabolique la plus intense se retrouve au niveau du colon qui contient le plus grand nombre de bactéries (Srikanth et McCormick 2008). Plusieurs glucides résistants d‘origine végétale représentent une part importante des sources de carbone utilisées par la flore colique comme l‘amidon résistant, la cellulose, l‘hémicellulose, la lignine, la pectine ou l‘inuline (Louis et al., 2007). De la même façon, de nombreuses protéines résistent aux protéases pancréatiques dans l‘intestin grêle et arrivent donc intactes dans le côlon où elles sont dégradées par la microflore (Macfarlane et al., 1986).

La fermentation des glucides résistants aboutit essentiellement à la formation de SCFA (Short Chain Fatty Acid), principalement de l‘acétate, du propionate et du butyrate, ainsi qu‘à différents gaz tels que du CO2, CH4, H2, H2S (Topping et Clifton, 2001). Ces SCFA sont une source d‘énergie non négligeable utilisable par l‘épithélium intestinal puisqu‘ils couvrent 10 % à 15 % des besoins de l‘organisme et jouent un rôle positif, notamment le butyrate, dans le contrôle de la prolifération et de l‘apoptose des cellules tumorales de l‘intestin (Comalada et al., 2006). En plus de sa participation dans l‘hydrolyse des macromolécules apportées par l‘alimentation, le métabolisme du microbiote intestinal libère dans la lumière du tube digestif des vitamines B et K, essentielles à la santé de l‘hôte, ou facilitent l‘absorption de la vitamine D issue du bol alimentaire, en augmentant l‘expression de son récepteur à la surface des entérocytes (Feng et al., 2005).

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Table des matières

Résumé
Abstract
Liste des tableaux
Liste des figures
Liste des abreviation
Introduction
Partie bibliographique
I. Tractus gastro-intestinale et microbiote
I. 1 Tractus gastro-intestinale
I. 1.1 Physiologie du tractus
I. 1.2 Description générale du système digestif
I. 2. Microbiote intestinal
I. 2.1 Generalité
I. 2.2 Origine et développement du microbiote intestinal
I. 2.4 Effets bénéfique
I. 2.4.1 Participation à la nutrition
I. 2.4.2 Protection contre les pathogènes
I. 2.4.3 Fonction imunologique
I. 2.5 Facteurs agissant sur la colonisation bactérienne
I. 2.5.1 Influence du terrain génétique
I. 2.5.2 Influence du terme de naissance
I. 2.5.3 Influence du mode d’accouchement
I. 2.5.4 Influence de l’alimentation
I. 2.5.5 Influence des traitements médicamenteux
I. 2.5.6 Influence des conditions d’hygiène
II. Les bifidobacteries
II. 1 taxonomie
II. 2 Ecologie
II. 3 Caractères morphologiques
II. 3.1 Structure cellulaire
II. 4 Physiologie
II. 4.1 Anaerobiose
II. 4.2 Température et pH
II. 4.3 Résistance aux antibiotiques
II. 5.1 Besoins en composés azotés et source de carbone
II. 5.2 Besoins en sels minéraux et vitamines
II. 5.3 Les facteurs bifidogènes
II. 6. Métabolisme
II. 7. Propriétés génotypiques
III. Les probiotiques
III. 1 Historique et définition
III. 2 Critères de sélection
III. 2.1 Critères de sécurité
III. 2.2 Critères fonctionnelles
III. 2. 3 critères technologiques
III. 3 Effets bénéfiques
Partie experimentale
I.Matériel et Méthodes
1 .1 Matériel biologique
I.2. Méthodes
I.2. 1 Isolement et purification des bifidobactéries
I.2.2 Observation macroscopique et microscopique
I.2. 3 Analyse des produits de la fermentation par HPLC
I.2.4 Identification biochimique
I.2.5 Identification par la galerie API 20A
I.2.6 Caractérisation des espèces
I.2.7 Conservation des souches
I.3. Mise en évidence in vitro de quelque caractère probiotique
I.3.1 Résistance aux ph acide de l’estomac
I.3.2 Résistance aux sels biliaires
I.3.3 L’activité antimicrobienne
I.3.4 Résistance aux antibiotiques
I.3.5 L’adhérence aux cellules épithéliales
I.4. Fermentation du lait
I.4.1 Inoculum des bifidobactéries
I.4.2 Inoculum des bactéries lactique
I.4.3 Cinétique de croissance
I.4.4 Détermination de l’acidité titrable
I.4 .5 Suivi du PH au cour de la fermentation
I.5 Evaluation de la viabilité des souches potentiellement probiotique
I.5.1 Influence du stockage frigorifique à 4°C sur la viabilité
I.5.2 Influence des arômes sur la viabilité
I.5.3 Influence des additifs sur la viabilité
II.Résultats
II.1 Observation macroscopique et microscopique
II.2 Identification du genre
II.3 Identification biochimique
II.4. Identification par la galerie Api 20 A
II.5. Identification des espèces
II.6. Mise en évidence des caractères probiotiques
II.6.1 Résistance aux Ph acide
II.6.2 Résistance aux sels biliaires
II.6.3 Antibiogramme
II.6.4 L’activité antimicrobienne
II.6.5 L’adhérence aux cellules épithéliales
II.7 Fermentation du lait
II.7.1 Cinétique de croissance
II.7.2 L’acidité titrable
II.7.3 Suivi du pH au cour de la fermentation
II.8 Viabilités des souches potentiellement probiotiques
II.8.1 Viabilités pendant le stockage frigorifié à 4°C
II.8.2 Influence des aromes sur la viabilité
II.8.3 Influence des additifs sur la viabilité
III.Discussion
IV.Référence
V.Annexe