Symbiose et santé : le microbiote humain
Après une angine soignée avec des antibiotiques, Camille a le ventre perturbé pendant une semaine. Pourtant, l'antibiotique visait une seule bactérie. Que s'est-il passé dans son intestin ? Pour le comprendre, il faut découvrir les milliards de micro-organismes qui vivent avec nous.
Qu'est-ce que le microbiote ?
Notre corps n'est pas stérile. Sur la peau, dans la bouche, dans l'intestin, dans le vagin, vivent des bactéries, des champignons microscopiques et des virus.
Le microbiote intestinal est le plus riche : il se trouve surtout dans le côlon. Chez l'être humain, on évalue le nombre de bactéries à peu près au même ordre de grandeur que celui de nos propres cellules, soit environ $4 \times 10^{13}$ bactéries pour $3 \times 10^{13}$ cellules humaines.
Ce microbiote est utile, donc on le protège : se laver les mains au savon ou avec un gel hydro-alcoolique élimine surtout les agents pathogènes de passage, sans détruire le microbiote installé durablement dans l'intestin.
Le calcul du rapport entre bactéries et cellules humaines se fait par une simple division.
Définir : microbiote, symbiose. Citer deux localisations du microbiote chez l'être humain.
Définir : microbiote, symbiose. Citer deux localisations du microbiote chez l'être humain.
Un adulte contient environ $4 \times 10^{13}$ bactéries et $3 \times 10^{13}$ cellules humaines. Calculer le rapport entre bactéries et cellules humaines.
Un adulte contient environ $4 \times 10^{13}$ bactéries et $3 \times 10^{13}$ cellules humaines. Calculer le rapport entre bactéries et cellules humaines.
Les services rendus par le microbiote
Que donne l'hôte ? Un abri et de la nourriture. Que reçoit-il en échange ? Plusieurs services.
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Digestion : des bactéries dégradent les fibres alimentaires que nos enzymes ne savent pas digérer. Elles produisent des acides gras à chaîne courte, utilisés comme source d'énergie par les cellules du côlon.
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Défense : le microbiote occupe la place et consomme les nutriments. Un agent pathogène a donc du mal à s'installer : c'est la compétition.
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Immunité : il participe à l'éducation du système immunitaire de l'intestin.
Quand on mange beaucoup de fibres, les bactéries qui les digèrent se multiplient : ces fibres sont leur nourriture. Les acides gras à chaîne courte sont justement les produits de cette digestion des fibres par les bactéries, et non une simple multiplication spontanée. L'alimentation modifie donc le microbiote.
Citer deux services rendus par le microbiote intestinal à l'hôte.
Citer deux services rendus par le microbiote intestinal à l'hôte.
Chez des souris, l'alimentation riche en fibres augmente de 30 % les bactéries productrices d'acides gras à chaîne courte, utilisés par les cellules du côlon. a)…
Chez des souris, l'alimentation riche en fibres augmente de 30 % les bactéries productrices d'acides gras à chaîne courte, utilisés par les cellules du côlon.
- a) Expliquer ce lien entre alimentation et microbiote.
- b) Indiquer le bénéfice pour l'hôte.
- c) Si le nombre initial de bactéries productrices d'acides gras à chaîne courte est de $2 \times 10^{9}$ par gramme, calculer leur nombre après le régime.
Un microbiote qui évolue, propre à chacun
Le fœtus est presque stérile. Le microbiote s'installe à la naissance : un bébé né par voie basse reçoit les bactéries de sa mère, alors qu'un bébé né par césarienne est d'abord colonisé par les bactéries de la peau et de l'environnement hospitalier. Son microbiote est au début moins diversifié.
Ensuite, il évolue avec :
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l'alimentation (lait maternel, diversification, fibres) ;
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les antibiotiques, qui détruisent aussi des bactéries utiles ;
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l'environnement, l'hygiène, l'âge, les contacts avec les animaux.
Comme ces facteurs sont différents pour chacun, la composition du microbiote est propre à chaque individu, un peu comme une empreinte. En général, une grande diversité est un bon indicateur de santé.
Après un traitement antibiotique à large spectre de 10 jours, le nombre d'espèces bactériennes dans les selles d'un patient passe de 180 à 95. a) Calculer la diminution…
Après un traitement antibiotique à large spectre de 10 jours, le nombre d'espèces bactériennes dans les selles d'un patient passe de 180 à 95.
- a) Calculer la diminution relative de diversité.
- b) Expliquer les troubles digestifs possibles.
- c) Indiquer pourquoi un antibiotique n'agit pas sur un virus.
Des nouveau-nés nés par césarienne ont un microbiote intestinal moins diversifié que ceux nés par voie basse. a) Proposer une explication. b) Citer deux autres facteurs…
Des nouveau-nés nés par césarienne ont un microbiote intestinal moins diversifié que ceux nés par voie basse.
- a) Proposer une explication.
- b) Citer deux autres facteurs influençant la composition du microbiote.
- c) Indiquer pourquoi le microbiote est dit « propre à chaque individu ».
Quand l'équilibre se rompt
Un microbiote déséquilibré peut favoriser des maladies. Certains micro-organismes habituellement bénins deviennent pathogènes s'ils prolifèrent trop ou arrivent ailleurs que dans leur milieu.
Exemple : Clostridioides difficile est présente en petite quantité chez beaucoup de personnes. Après un antibiotique à large spectre, la compétition disparaît : elle prolifère et provoque des diarrhées sévères. Une transplantation de microbiote fécal (un don de selles filtrées d'un donneur sain) rétablit un microbiote diversifié et guérit plus de 85 % des cas récidivants.
Des expériences sur des souris axéniques (élevées sans microbiote) montrent le rôle du microbiote : elles sont plus sensibles aux infections et ont des difficultés à tirer parti des aliments. Mais on ne peut pas transposer directement à l'être humain : le régime, le génome et l'intestin d'une souris diffèrent des nôtres.
Attention : les nombres de bactéries et le rapport bactéries / cellules humaines sont des estimations. Ils dépendent des méthodes utilisées (comptage, séquençage, hypothèses sur la taille des organes) : deux études peuvent donner des résultats différents, par exemple 1,3 ou plus, d'où la prudence sur l'affirmation « plus de microbes que de cellules humaines ».
Une expérience compare des souris élevées sans microbiote (axéniques) et des souris normales : les axéniques absorbent 30 % de calories en moins mais restent plus…
Une expérience compare des souris élevées sans microbiote (axéniques) et des souris normales : les axéniques absorbent 30 % de calories en moins mais restent plus maigres et présentent une plus grande sensibilité aux infections. Après transplantation du microbiote d'une souris normale, leur masse grasse augmente d'environ 60 % en 14 jours.
- a) Analyser ces résultats.
- b) Justifier l'affirmation « le microbiote est un organe à part entière ».
- c) Discuter les limites de l'extrapolation à l'espèce humaine.
La bactérie Clostridioides difficile prolifère chez des patients ayant reçu des antibiotiques à large spectre et provoque des diarrhées sévères. Une transplantation de…
La bactérie Clostridioides difficile prolifère chez des patients ayant reçu des antibiotiques à large spectre et provoque des diarrhées sévères. Une transplantation de microbiote fécal guérit plus de 85 % des cas récidivants.
- a) Expliquer le mécanisme de colonisation par compétition.
- b) Expliquer le principe de la transplantation.
- c) Discuter les précautions nécessaires et la prescription raisonnée des antibiotiques.
Un adulte de 70 kg porte environ 200 g de microbiote ; on affirme que « nous avons plus de microbes que de cellules humaines ». Une étude récente évalue un rapport…
Un adulte de 70 kg porte environ 200 g de microbiote ; on affirme que « nous avons plus de microbes que de cellules humaines ». Une étude récente évalue un rapport voisin de 1,3.
- a) Calculer la proportion de la masse corporelle représentée par le microbiote.
- b) Discuter la fiabilité de l'affirmation, en tenant compte des méthodes d'estimation.
- c) Distinguer symbiose mutualiste et parasitisme et situer le microbiote dans cette classification en évoquant des cas où il devient pathogène.
Retour au début : l'antibiotique pris par Camille a détruit des bactéries utiles de son intestin, ce qui a diminué la diversité de son microbiote et perturbé sa digestion pendant quelques jours.