Microbiote

Le microbiote est l'ensemble des micro-organismes (bactéries, microchampignons, protistes, virus) vivant dans un environnement spécifique (appelé microbiome) chez un hôte (animal : zoobiote ; végétal : phytobiote ; aérien : aérobiote) ou une matière (d'origine animale ou végétale).

Candida albicans est l'un des nombreux champignons qui peut naturellement se développer dans l'intestin, contribuant à la digestion, mais pathogène s'il se surdéveloppe ou colonise d'autres organes.
Toute croissance anormale de cet organisme (Clostridium difficile) est nuisible, voire fatale pour l'hôte.
Escherichia coli, l'une des espèces bactériennes sous-dominantes du microbiote intestinal

Les moyens techniques permettant d’étudier le microbiote ont longtemps été limités, seule une minorité d'espèces bactériennes pouvant être cultivée in vitro. La mise au point des techniques de séquençage haut débit du matériel génétique à partir de 2005 ont donné un nouvel élan à cette recherche, avec la construction de banques de clones métagénomiques contenant de grands fragments du métagénome intestinal[1]. Cette technique a notamment remis en cause le nombre de micro-organismes qui était estimé dans les années 1970 à dix ou cent fois le nombre moyen de cellules de l'organisme humain. Une étude en 2016[2] évalue le microbiome (constitué essentiellement du microbiote intestinal humain) à environ 39 000 milliards de bactéries et celui des cellules du corps humain moyen à environ 30 000 milliards, le rapport se rapprochant ainsi de 1:1 plutôt que de 10:1 ou 100:1. Chaque humain abriterait 200 à 250 espèces différentes de bactéries[3]. Ces caractéristiques justifient que le microbiote intestinal, couramment appelé « flore intestinale », soit considéré comme un organe spécifique, et que l'homme symbiotique soit surnommé Homo microbicus[4].
Au même titre que le microbiote intestinal (et plus généralement du microbiote de l'organisme humain), il existe également un microbiote chez les végétaux[5], et par extension un microbiote du sol (de la rhizosphère notamment[6]) et de la surface des fruits[7] et de l’océan, mais le mot « microbiote » est le plus souvent utilisé pour les animaux.

Un autre pan de la recherche in vivo porte sur les animaux ou les végétaux dont le microbiote est contrôlé puisqu'ils sont étudiés dans un environnement sans bactéries dit gnotobiotique (gnotos, « connu », biota, « biote »)[8]. La science qui les étudie est la gnobiologie[9].

La théorie hologénomique de l'évolution (en) postule que les forces évolutives agissent sur l'holobionte (animal ou plante associé à leurs micro-organismes) et que le devenir évolutif des symbiotes est lié à celui de l'hôte.

La plupart des recherches n'ont pas dépassé le stade exploratoire et les connaissances dans ce domaines ne sont pas scientifiquement établies. Si ces hypothèses scientifiques ouvrent des pistes prometteuses, elles font flamber l'imaginaire de chacun, notamment sur le microbiote intestinal humain et sur le ventre dans la mesure où ce dernier est essentiellement valorisé et approprié dans le circuit de la vulgarisation sans plus de nuances comme étant « le deuxième cerveau »[10].

Dans le monde animal

On a notamment montré l'importance de plusieurs types de microbiotes :

Microbiote intestinal

Articles détaillés : microbiote intestinal et microbiote intestinal humain.

Le microbiote intestinal est l'ensemble des micro-organismes (archées, bactéries, eucaryotes) qui se trouvent dans le tube digestif des animaux. Il ne s'agit pas uniquement de bactéries intestinales, mais également de celles de l'estomac.

Microbiote cutané

Article détaillé : microbiote cutané humain.
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Le microbiote cutané est l'ensemble des micro-organismes situés sur la peau d'un humain[réf. souhaitée].

Microbiote vaginal

Article détaillé : microbiote vaginal humain.

Le microbiote vaginal, ou flore vaginale, est l'ensemble des micro-organismes qui se trouvent dans le vagin. Ils permettent de limiter les infections en créant une compétition avec les germes pathogènes. Il est constitué en majorité de bactéries appartenant au genre Lactobacillus. Le microbiote vaginal est normalement très stable, essentiellement composée de 4 genres de bactéries de types lactobacilles[11]. Les relations sexuelles sont l'occasion d'échanges (de bonnes bactéries ou parfois de pathogènes bactériens ou viraux) entre les microbiotes des partenaires[12]

Le bacille de Döderlein en est l'un des principaux constituants[13].

La réduction du pH par la production d'acide lactique assure un rôle anti-pathogène (barrière physique, production de substances microbicides). On retrouve aussi une minorité de bactérie anaérobies telles que Gardnerella vaginalis ou Candida albicans qui, lorsqu’elles prolifèrent de façon anormale, sont responsables d'infections vaginales : un changement de la composition du microbiote vaginal peut être associé à une vaginose.

Microbiote placentaire

Une étude récente montre que de petites quantités d’ADN issu de diverses espèces bactériennes sont présentes dans le placenta même lors de grossesses normales[14]. Ces espèces ressemblent plus à celles présentes dans la bouche qu’à celles présentes dans d’autres tissus comme l’intestin, la peau ou le vagin. La présence de taxa tels que Burkholderia a été observée dans les placentas des enfants nés prématurés, tandis que Paenibacillus est abondant dans les spécimens placentaires de bébés nés à des termes compris dans les limites de la normale[15].

Microbiote des organes sexuels masculins

Chez l'homme et les autres mammifères mâles, le pénis, le gland du pénis[16], le prépuce, l'urètre[17],[18], le sperme et la prostate[19], et l'ensemble du tractus génital[20] et des organes sexuels masculins abritent aussi un microbiote spécifique, qui peut notamment être modifié par la circoncision [21],[22],[23]. R Mändar décrivant en 2013 les liens entre les équilibres microbiens du tractus génital masculin et la santé, parle d'écologie du tractus génital[24]. Au début des années 2010, malgré un nombre exponentiel de publication sur le microbiote humain, le microbiome génital masculin reste peu exploré : en juillet 2013, la base de données PubMed contenait environ 4200 publications relatives au microbiome humain, mais seulement sept portaient sur la caractérisation des communautés microbienne du pénis, quatre sur celles de l’urètre, deux sur la couronne du gland, et une seule sur l'ensemble du tractus génital masculin.

Microbiote des plantes (et du sol notamment)

Article détaillé : microbiote des végétaux.

On a longtemps cru que le microbiote des végétaux était « externe » et principalement rhizosphérique, c'est-à-dire souterrain, puis des endosymbioses fongiques et bactériennes ont été mises en évidence chez de nombreux végétaux et plus récemment des endosymbioses microbiennes ont été identifiées à l'intérieur des parties aériennes d'arbres d'essences pionnières (qui leur permettent de mieux capter l'azote atmosphérique et de pousser sur des substrats ultra-pauvres (« oligotrophes »). Le « microbiote du sol » contribue aussi à la détoxication naturelle de certains sols[25].

Le microbiote intimement associé au système racinaire des plantes leur permet à la fois de mieux exploiter et de mieux enrichir leur environnement, au profit d'une communauté microbienne qui peut être modifiée par le contexte environnemental, et notamment par la teneur en éléments nutritifs du sol. Certains des microbes associés aux plantes peuvent aussi entrer en rivalité avec la plante ou d'autres organismes symbiotes pour obtenir des nutriments, tout en ayant des propriétés utiles à la productivité de la plante et du milieu. On ignore encore comment le système immunitaire des plantes régule et coordonne la reconnaissance microbienne en fonction ou non de repères nutritionnels lors de l'assemblage de son microbiome. Une étude récente a montré chez la plante modèle Arabidopsis thaliana qu'un réseau de gènes contrôle la réponse au "stress phosphate" en modifiant la structure de la communauté du microbiome racinaire, même dans des conditions non stressantes pour le phosphate. Un mécanisme moléculaire semble réguler l'équilibre entre besoins nutritionnels et de défense en faisant passer le besoin de nourriture avant le besoin de défense. Mieux comprendre ces processus permettrait d'augmenter la performance des plantes en les aidant à renforcer leur microbiome[26].

Parmi les enjeux de la recherche figurent le besoin de mesurer l'activité de ce microbiote[27], de comprendre les conséquences écologiques, agronomiques et sanitaires des changements de microbiotes par exemple induits par la manipulation ou le stockage de terre arable[28], le dérèglement climatique, l'augmentation générale du taux de CO2 dans l'environnement[29],[30],[31],[32], la salinisation, l'acidification de l'air, des pluies et acidification des eaux douces et des sols, les rotations sylvicoles[33], la pollution (par les hydrocarbures par exemple[34]), les biocides et les pesticides[35] (dont le glyphosate devenu le désherbant le plus utilisé au monde et dont une étude de 1982 concluait qu'il a « des effets considérables sur les microorganismes du sol »[36]. On a aussi montré que l'introduction de plantes exotiques[37] et le développement de plantes invasives[38] altéraient la structure et le fonctionnement du microbiote naturel présent dans le sol.

Microbiote des aliments

Microbiote des produits laitiers

Les chercheurs ont démontré que le microbiote natif du lait cru servant à élaborer les fromages au lait cru est le régulateur efficace des pathogènes à cœur et en surface de ce type de transformation alimentaire. Cette protection naturelle s'exerce notamment à l'encontre de Listeria monocytogenes, une bactérie pathogène responsable de la listériose[39]

Microbiote des boissons

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Microbiote des salaisons

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Notes et références

  1. Marie-Christine Champomier-Vergès, Monique Zagorec, La métagénomique. Développements et futures applications, éditions Quae, , p. 57.
  2. (en) Ron Sender, Shai Fuchs et Ron Milo, « Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body », PLOS Biology, vol. 14, no 8,‎ , article no e1002533 (DOI 10.1101/036103, lire en ligne).
  3. Florence Rosier, « Comment l'INRA transforme les fèces en or », Le Monde, Science et médecine,‎ , p. 3
    Cite Dusko Ehrlich, dir recherche INRA
  4. Philippe Kourilsky, Le Jeu du hasard et de la complexité: La nouvelle science de l’immunologie, Odile Jacob, .
  5. Lima, M. S., Pires, E. M. F., Maciel, M. I. S., & Oliveira, V. A. (2010). Quality of minimally processed guava with different types of cut, sanification and packing. Food Science and Technology (Campinas), 30(1), 79-87.
  6. Niklaus PA, Körner Ch (1996) Responses of soil microbiota of a late successional alpine grassland to long term CO 2 enrichment. Plant Soil 184:219–229 Rice CW, Garci FO, Ham
  7. Hungate, B. A., Jaeger III, C. H., Gamara, G., Chapin III, F. S., & Field, C. B. (2000). [Hungate, B. A., Jaeger III, C. H., Gamara, G., Chapin III, F. S., & Field, C. B. (2000). Soil microbiota in two annual grasslands: responses to elevated atmospheric CO2. Oecologia, 124(4), 589-598. Soil microbiota in two annual grasslands: responses to elevated atmospheric CO2]. Oecologia, 124(4), 589-598.
  8. Éditions Larousse, « Définitions : gnotobiotique - Dictionnaire de français Larousse », sur www.larousse.fr (consulté le 1er mars 2016)
  9. (en)Page sur la gnobiologie (en anglais)
  10. Christine Durif-Bruckert, « Le microbiote : cet inconnu qui réside en nous », Med Sci (Paris), vol. 32, no 11,‎ , p. 1009-1015.
  11. (en) Ravel J. et al. « Vaginal microbiome of reproductive-age women » Proc Natl Acad Sci U S A. 2011; 108(Suppl 1):4680–7. PMID 20534435
  12. Danielsson, D., Teigen, P. K., & Moi, H. (2011). The genital econiche: focus on microbiota and bacterial vaginosis. Annals of the New York Academy of Sciences, 1230(1), 48-58.
  13. JP Lepargneur JP et V Rousseau. « Rôle protecteur de la flore de Doderlein [Protective role of the Doderleïn flora »] J Gynecol Obstet Biol Reprod (Paris) 2002 ;31(5):485-94. PMID 12379833
  14. (en) K. Aagaard, J. Ma, K. M. Antony, R. Ganu, J. Petrosino et J. Versalovic, « The Placenta Harbors a Unique Microbiome », Science Translational Medicine,‎
  15. Pierre Popowski, Pour leur santé, laissez – les se salir, S. Leduc, (ISBN 979-10-28504-53-3), p. 53
  16. Kunyera R.M (2015) Comparative Study For The Analysis Of The Microbiota Of The Glans Penis And The Vagina Of The Olive Baboons (Papio Anubis) (Doctoral dissertation, University of Nairobi).
  17. Nelson, D. E., Dong, Q., Van Der Pol, B., Toh, E., Fan, B., Katz, B. P., ... & Fortenberry, J. D. (2012). Bacterial communities of the coronal sulcus and distal urethra of adolescent males. PloS one, 7(5), e36298.
  18. Fortenberry, J. D. (2015). Urethral Microbiome, Adolescent Males, Project. Encyclopedia of Metagenomics: Environmental Metagenomics, 741-741 (résumé).
  19. Hou, D., Zhou, X., Zhong, X., Settles, M. L., Herring, J., Wang, L., ... & Xu, C. (2013). Microbiota of the seminal fluid from healthy and infertile men. Fertility and sterility, 100(5), 1261-1269.
  20. Mändar R (2013) Microbiota of male genital tract: impact on the health of man and his partner. Pharmacological research, 69(1), 32-41 (résumé).
  21. Price, L. B., Liu, C. M., Johnson, K. E., Aziz, M., Lau, M. K., Bowers, J., ... & Gray, R. H. (2010) The effects of circumcision on the penis microbiome. PloS one, 5(1), e8422.
  22. Price, L., Johnson, K., Rattray, R., Liu, C., Ravel, J., Keim, P., ... & Gray, R. H. (2009, February). Circumcision is associated with significant changes in the penis bacterial microbiota. In 16th Conference on Retroviruses and Opportunistic Infections Montreal, QC.
  23. Mehta, S. D., Green, S. J., Maclean, I., Hu, H., Bailey, R. C., Gillevet, P. M., & Spear, G. T. (2012). Microbial diversity of genital ulcer disease in men enrolled in a randomized trial of male circumcision in Kisumu, Kenya. PloS one, 7(7), e38991.
  24. Mändar, R. (2013). Microbial Ecology of The Male Genital Tract. Microbial Ecology in Health & Disease, 24 (résumé)
  25. Silva, Í. S., dos Santos, E. D. C., de Menezes, C. R., de Faria, A. F., Franciscon, E., Grossman, M., & Durrant, L. R. (2009). Bioremediation of a polyaromatic hydrocarbon contaminated soil by native soil microbiota and bioaugmentation with isolated microbial consortia. Bioresource Technology, 100(20), 4669-4675.
  26. Castrillo G & al. (2017) Root microbiota drive direct integration of phosphate stress and immunity; Nature ; DOI:10.1038/nature21417 ; publié en ligne le 15 mars 2017
  27. Dilly, O. (2003). Regulation of the respiratory quotient of soil microbiota by availability of nutrients. FEMS Microbiology Ecology, 43(3), 375-381.
  28. Miller R.M & Cameron R.E (1976) Some effects on soil microbiota of topsoil storage during surface mining. Oct 1976, In Trans. 4th Symp. Surface Mining and Reclamation, National Coal Association, Washington, DC (pp. 131-135).
  29. Stotzky G & Goos R.D (1965) Effect of high CO2 and low O2 tensions on the soil microbiota. Canadian journal of microbiology, 11(5), 853-868.
  30. Niklaus P.A (1998) Effects of elevated atmospheric CO2 on soil microbiota in calcareous grassland. Global Change Biology, 4(4), 451-458 (résumé).
  31. Niklaus P A & Körner C (1996) Responses of soil microbiota of a late successional alpine grassland to long term CO2 enrichment. Plant and Soil, 184(2), 219-229 (résumé).
  32. Insam, H., Bååth, E., Berreck, M., Frostegård, Å., Gerzabek, M. H., Kraft, A., ... & Tschuggnall, G. (1999). Responses of the soil microbiota to elevated CO 2 in an artificial tropical ecosystem. Journal of microbiological methods, 36(1), 45-54 (résumé).
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  34. Palmroth, M. R., Münster, U., Pichtel, J., & Puhakka, J. A. (2005). Metabolic responses of microbiota to diesel fuel addition in vegetated soil. Biodegradation, 16(1), 91-101.
  35. Jjemba, P. K. (2002). The effect of chloroquine, quinacrine, and metronidazole on both soybean plants and soil microbiota. Chemosphere, 46(7), 1019-1025 (résumé).
  36. « In contrast to some reports of limited, short-term inquiries these results showed considerable effects of glyphosate on soil microorganisms » in Roslycky E.B (1982) Glyphosate and the response of the soil microbiota. Soil Biology and Biochemistry, 14(2), 87-92. (résumé)
  37. Kourtev, P. S., Ehrenfeld, J. G., & Häggblom, M. (2002). Exotic plant species alter the microbial community structure and function in the soil. Ecology, 83(11), 3152-3166 (résumé).
  38. Ehrenfeld, J. G., Kourtev, P., & Huang, W. (2001) Changes in soil functions following invasions of exotic understory plants in deciduous forests. Ecological applications, 11(5), 1287-1300 (résumé).
  39. http://presse.inra.fr/Communiques-de-presse/microbiote-fromages-traditionnels

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

Bibliographie

  • (en) Craig L. Maynard, Charles O. Elson, Robin D. Hatton et Casey T. Weaver, « Reciprocal interactions of the intestinal microbiota and immune system », Nature 2012, vol. 489, pp. 231-241. PMID 22972296
  • Patrice Debré, L'Homme microbiotique, Odile Jacob, (ISBN 978-2-738-133373, lire en ligne)
  • Dilly, O., Winter, K., Lang, A., & Munch, J. C. (2001). Energetic eco‐physiology of the soil microbiota in two landscapes of southern and northern Germany. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 164(4), 407-413.
  • Liu, C. M. (2013). Examining human microbial ecology by absolute abundance (Doctoral dissertation, NORTHERN ARIZONA UNIVERSITY).
  • Mulder, C., Breure, A. M., & Joosten, J. H. J. (2003). Fungal functional diversity inferred along Ellenberg's abiotic gradients: palynological evidence from different soil microbiota. Grana, 42(1), 55-64.
  • (en) Valentina Tremaroli et Fredrik Bäckhed, « Functional interactions between the gut microbiota and host metabolism », Nature 2012, vol. 489, pp. 242-249. PMID 22972297
  • Cossart P., La nouvelle microbiologie. Des microbiotes aux CRISPR, Odile Jacob, 2016 (ISBN 978-2-738-133311)
  • Cassard A.-M., Perlemuter G., Les bactéries, des amies qui vous veulent du bien (le bonheur est dans l'intestin), SOLAR, 2016 (ISBN 2266272209)
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