Écosystème gastro-intestinal : composition et évolution

Le tractus gastro-intestinal est un écosystème complexe et ouvert aux microorganismes exogènes. De par sa surface totale (muqueuse) estimée à 200-300 m2, il représente la plus grande surface du corps en contact avec l’environnement (Holzapfel et al., 1998). L’écosystème gastro- intestinal est généré par une alliance stable entre l’épithélium gastrointestinal, le système immunitaire et une importante flore microbienne. Ces trois composants sont continuellement liés entre eux et évoluent ensemble en assurant une fonction et une activité normales de l’écosystème. Si l’un des trois composants de l’écosystème est défaillant, l’alliance est altérée et par conséquent diverses pathologies s’y installent (McCracken et Lorenz, 2001). Les interactions entre les microorganismes et l’hôte peuvent être de trois types: symbiose, commensalisme et pathogénicité (Hooper et Gordon, 2001). L’hôte est protégé contre la microflore intestinale pathogène par les barrières chimiques et physiques formées par l’épithélium gastro intestinal(Kagnoff et Eckmann, 1997).

La flore intestinale normale est une collection complexe et en équilibre de microorganismes qui habitent normalement le tractus gastro-intestinal et remplissant un rôle dans la nutrition, la physiologie et le contrôle du système immunitaire de l’hôte. Après une colonisation complète, la microflore intestinale est considérée comme un organe acquis après la naissance. Il est constitué d’une grande diversité d’espèces microbiennes assurant différentes fonctions pour l’hôte. La microflore du tractus gastro-intestinal a été estimée à près de 1013-1014 cellules microbiennes représentant 400 à 500 espèces et sous espèces. Cette microflore représente environ 10 fois le nombre total de cellules du corps humain (Moore et Holdeman, 1974; Bjorksten, 2004). Kantha(1999) nous a démontrée qu’il y’a une évolution de la flore untestinale du nouveau-né,de la naissance à 7 jours comme le montre la Figure 1. La prévalence des bactéries dans le tractus gastro-intestinal dépend des conditions régnant dans le compartiment du tractus.

Deux catégories de bactéries ont été identifiées : les bactéries autochtones ou indigènes se trouvant dans des niches particulières, et les bactéries allochtones ou transitoires rencontrées dans d’autres habitats du tractus. La majorité des bactéries pathogènes sont allochtones et vivent normalement en harmonie avec l’hôte, excepté lorsque l’équilibre du système est rompu (Hao et Lee, 2004). Du point de vue microbiologique, comme le montre la Figure 2 l’environnement gastro- intestinal comprend trois régions principales qui offrent des conditions très différentes pour la survie des différents microorganismes. Dans le premier compartiment, l’estomac, la prolifération microbienne est fortement réduite par la présence d’oxygène apporté par la déglutition et d’une forte acidité. De ce fait, l’estomac héberge sélectivement les microorganismes acidotolérants et anaérobies facultatifs comme les lactobacilles, streptocoques, levures, etc. Dans le deuxième compartiment qui est le petit intestin, la microflore est constituée essentiellement de bactéries anaérobies facultatives tels que les lactobacilles, les streptocoques et les entérobactéries, et anaérobies strictes notamment les bifidobactéries, les bactéroides et les clostridies.

Dans le dernier compartiment qui est le colon (dépourvu d’oxygène), le transit digestif est plus lent et la flore microbienne est plusabondante, représentant 35 à 50 % du volume du contenu du colon humain (Cummings et al., 1989; Gounier-Château et al ., 1994).La microflore du colon est très complexe et dominée par les bactéries anaérobies strictes (Bacteroides spp. Clostridium spp, Bifidobacterium spp., Atopobium spp…).Tandis que les bactéries anaérobies facultatives sont moins nombreuses et représentées par les lactobacilles, les entérocoques, les streptocoques et les Enterobacteriaceae. Les levures (ex. Candida albicans) sont relativement faiblement représentées. La charge microbienne dans les différents compartiments a été estimée à environ : 104, 103-4, 105-7, 107-8 et 10 10-11colonies formant unité (ufc)/g dans l’estomac, le duodénum, le jéjunum, l’iléon et le colon respectivement (Ouwehand et Vesterlund, 2003; Isolauri et al., 2004). Les bifidobactéries et les lactobacilles, ainsi que certains entérocoques, E. coli, streptocoques et bactéroides, se distinguent par leurs effets bénéfiques sur la santé de l’hôte, comme l’amélioration de la maturation et de l’intégrité de l’intestin, l’antagonisme contre les pathogènes et la modulation de la fonction immunitaire (Gibson et Roberfroid, 1995; Schiffrin et Blum, 2002; Rastall et al ., 2004).

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). 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). 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).

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Table des matières

Résumé
Abstract
Liste des abréviations
Listes des figures
Listes des tableaux
Introduction
ChapitreI : Etude bibliographique
1.Écosystème gastro-intestinal : composition et évolution
1.1 Description générale
1.2 La microflore intestinale
1.3 Effets bénéfique
1.3.1 Participation à la nutrition
1.3.2 Protection contre les pathogènes
1.3.3 Fonction imunologique
1.4 Facteurs agissant sur la colonisation bactérienne
1.4.1 Influence du terrain génétique
1.4.2 Influence du terme de naissance
1.4.3 Influence du mode d’accouchement
1.4.4 Influence de l’alimentation
1.4.5 Influence des traitements médicamenteux
1.4.6 Influence des conditions d’hygiène
2.Les probiotiques
2.1Définitions
2.2Les propriétés fonctionnelles des Probiotiques
2.2.1 Survie des probiotiques dans le tube digestif chez l’Homme
2.2.2 Mécanismes d’action et d’adaptation des probiotiques
2.3Les probiotiques et leurs effets bénéfiques sur la santé
a) Les probiotiques et les infections gastro-intestinales
b) Les probiotiques et l’intolérance au lactose
c) les probiotiques et le cholestérol
d) Les probiotiques et la prévention du cancer du colon
e) Les probiotiques et les maladies inflammatoires de l’intestin
f) Les probiotiques et la perméabilité intestinale
g) Les probiotiques et la motilité de l’intestin
2.1 Les principales souches microbiennes à potentiel probiotique
3.Les Bifidobacteries
3.1 Définition
3.2 Ecologique des bifidobactéries
3.3 Taxonomie et les différents espèces:
3.4 Caractéristiques morphologiques , physiologiques et biochimiques des bifidobactéries:
3.4.1 Morphologie:
3.4.2 Physiologies des bifidobacteries :
3.4.2.1 Température:
3.4.2.2 L’Oxygène:
3.4.2.3 Le pH :
3.4.2.4 La sensibilité aux antibiotiques
3.4.2.5 Les besoins nutritionnels des bifidobacteries
3.4.3 Biochimie des bifidobacteries
3.4.3.1 Le Métabolisme
3.4.3.2 Métabolisme des vitamines
3.4.3.3 Production des substances antimicrobiennes
3.4.3.4 Les bifidobactéries en tant qu’agents aromatisants
3.5 Les caractéristiques des principales espèces utilisées dans les aliments
3.5.1 Bifidobacterium longum
3.5.2 Bifidobacterium bifidum
3.5.3 Bifidobacterium breve
3.5.4 Bifidobacterium infantis
3.5.5 Bifidobacterium lactis
3.5.6 B.Adolescentis
3.5.7 B.Pseudo Longum
3.5.8 B.Thermophilum
3.5.9 B.Suis
3.6 L’utilisation des bifidobactéries dans les produits laitiers
3.7. Propriétés génotypiques
3.7.1 La composition en bases cytosine-guanine del’ADN
3.7.2 Les plasmides
3.7.3 Les séquences d’ADN étudiées
Le gène codant pour la protéine Hsp60
L’espace intergénique 16S-23
Chapitre II : Matériel et méthodes
1 Provenance des échantillons
2 Milieux de Cultures
3 Isolementet purification des bifidobactéries
3.1 Purification des souches
3.2 Pré-identification des bifidobactéries
3.2.1 Étude macroscopique
3.2.2 Étude microscopique
3.3 Identification du genre
3.3.1 Recherche de la catalase
3.3.2 Recherche de l’oxydase
3.3.3 Recherche de type fermentaire
3.3.4 Mise en évidence de la production d’indole
3.3.5 Mise en évidence de l’uréase
3.3.6 Protéolyse de la gélatine.
3.3.7 Test de croissancesur bile (2 %)
3.3.8 Test de croissance en milieu hyper-salé
3.4 Caractérisation des espèces
3.5 Dosage de l’acide lactique et l’acide acétique par HPLC
3.6 Identification génotypiques des souches
3.6.1 Extraction de l’ADN
3.6.2 Amplification etséquençage du gène 16S rDNA
3.6.3 Séquençage
4 Résistance aux conditions gastro-intestinales stimulées
4.1 Tolérance aux conditions acides de l’estomac
4.2 Résistance aux sels biliaires
4.3 Résistance aux sucs gastriques
4.4 Résistance aux enzymes pancréatiques
5 Cinétique de croissance à différentes concentration de salinité en culture pure
6 L’ antibiogramme
7 La mise en évidence des interactions
7.1 Recherche des interactions entre les différentes espèces de Bifidobacterium et des espèces pathogènes
8 Conservation des souches bactériennes
8.1 Conservation courte durée.
8.2 Conservation longue durée
ChapitreIII :Résultats et discussion
Résultats
1.Isolement et purification
2.Pré-identification des souches
2.1 Aspect macroscopiques
2.2 Aspect microscopiques
2.3 Caractérisation du genre
2.4 Caractérisation des espèces
2.5 Dosage de l’acide lactique et l’acide acétique par HPLC
3.L’identification génétique des souches
3.1 Extraction de l’ADN
3.2 Amplification d’ADN
3.3 Séquençage
3.3.1 Séquences de quelque souche étudiée
4.Résistance aux conditions gastro-intestinales stimulées
4.1 Tolérance aux conditions acides de l’estomac:
4.2 Résistance aux sels biliaires
4.3 La résistance aux sucs gastriques
4.4 La résistance aux enzymes pancréatiques
5 .Cinétique de croissance à différentes concentration de salinité en culture pure
6 L’antibiogramme
7 La mise en évidense des interactions
Discussion
Isolement et identification phénotypique des souches
Identification génotypique des souches
Caractérisation technologique des souches étudiées
La mise en évidence des critères probiotiques des souches étudiées
Conclusion
Références bibliographiques
ANNEXES