Généralités du système digestif

GENERALITES DU SYSTEME DIGESTIF

Structure du système digestif 

Le système digestif est composé successivement de la cavité buccale, l’estomac, l’intestin grêle (duodénum, jejunum et iléon), le caecum, le côlon ou gros intestin (côlon ascendant, côlon transversal et côlon descendant) puis se termine par le rectum et l’anus .

La physiologie du tube digestif est constituée de 5 tuniques concentriques situées respectivement de la lumière vers l’intérieur de l’organisme : La muqueuse, qui comporte un épithélium de revêtement ainsi qu’un tissu conjonctif sous-jacent : le chorion ou lamina propria, qui lui-même contient des tissus lymphoïdes diffus ainsi que des follicules lymphoïdes. La muscularis mucosae, la sous-muqueuse, la musculaire externe comprenant la partie circulaire interne et longitudinale externe ainsi que la tunique externe constituée par un tissu conjonctif lâche qui la rend solidaire aux organes voisins (André et al., 2002).

La paroi du tube digestif comporte de nombreuses cellules immunitaires. Les plasmocytes et les lymphocytes T intra-épitheliaux (LTIE) sont principalement détectés au sein de l’épithélium. Les lymphocytes B (LB) et des plasmocytes sécréteurs d’immunoglobulines A (IgA) sont essentiellement répartis dans des follicules lymphoïdes au sein du tissu conjonctif du chorion de la muqueuse et de la sous muqueuse.

A présent, nous allons détailler i) la physiologie de la muqueuse, en particulier l’épithélium de l’intestin grêle et du côlon, qui est en contact direct avec la lumière ii) la composition du microbiote et iii) les fonctions du système immunitaire intestinal.

• L’intestin grêle
L’intestin grêle mesure 4 à 7 m chez l’homme. Les parois sont recouvertes de plis circulaires, de villosités et de microvillosités formant la bordure en brosse, ce qui lui confère une surface d’échange avec la lumière de 400 m2 en moyenne. Les sécrétions intestinales permettent de maintenir un pH neutre ou légèrement basique au alentour de 8. L’intestin grêle est le siège de phénomènes d’absorption mais joue également un rôle dans les phénomènes de sécrétion et participe à la réponse immunitaire. Il comprend le duodénum (0,25 m), le jejunum (2,5 m) et l’iléon (3,5 m).

La muqueuse de l’intestin grêle comprend un étage composé de villosités ainsi qu’un étage composé de glandes de Lieberkühn (ou cryptes) (Fig. 3) (Sergi, 1997; André et al., 2002).

Les villosités s’étendent vers la lumière et sont tapissées par l’épithélium prismatique simple constitué de plusieurs types cellulaires dont les entérocytes, les cellules caliciformes, les cellules neuroendocrines et au niveau de l’iléon, appartenant au système immunologique, les cellules « M ».

Les entérocytes sont les principales cellules de l’épithélium et sont plus spécifiquement responsables de la fonction d’absorption des nutriments. Les cellules caliciformes sont des cellules à mucus qui permettent de protéger l’intestin de l’agression des sucs gastriques mais qui jouent également un rôle dans la protection vis-à-vis des bactéries de la lumière. Les cellules neuroendocrines sont responsables de la sécrétion hormonale. Les cellules M, (microfold cells) situées au niveau des plaques de Peyer (amas constitués de 20 à 40 lymphoïdes situés principalement dans la partie terminale de l’iléon, dans le chorion et dans la sous-muqueuse), jouent un rôle prépondérant dans la réponse immunitaire.

Les cryptes ou glandes de Lieberkühn sont composées de cellules immatures en prolifération donnant naissance à cinq types cellulaires : des cellules caliciformes, des entérocytes, des cellules « intermédiaires », des cellules neuroendocrines et au fond des cryptes les cellules de Paneth. Ces dernières, sont des cellules sécrétrices de lysozymes et de défensines qu’elles déversent dans la lumière des cryptes contribuant ainsi à l’effet barrière de la muqueuse intestinale. Les cellules de l’épithélium ont un renouvellement très rapide (4 à 5 jours). Des cellules souches pluripotentes sont situées au fond de la crypte, elles prolifèrent et les cellules filles issues de leur division se différencient pendant leur migration le long des villosités. Seules les cellules de Paneth restent au fond des cryptes.

• Le côlon
De calibre plus large que l’intestin grêle, le gros intestin mesure environ 1,5 m de long, il comprend le côlon ascendant, transversal et descendant. Le pH est compris entre 4,7 et 7,5 respectivement dans sa partie proximale et distale. A la différence de la muqueuse  de l’intestin grêle, le côlon ne comporte pas de villosités mais un épithélium plan (ou épithélium de surface), d’autre part, les cellules de Paneth y sont absentes. L’épithélium est constitué de colonocytes, cellules responsables de l’absorption de l’eau et des électrolytes, de cellules caliciformes et de cellules entéroendocrines. Le chorion lui, est riche en tissu lymphoïde.

Les fonctions du côlon sont i) la déshydratation du bol alimentaire (absorption de l’eau et des électrolytes); ii) la digestion terminale de la cellulose et autres polysaccharides résistant à la digestion au niveau de l’intestin grêle par le microbiote et iii) l’évacuation des déchets alimentaires.

• Le microbiote
L’écosystème est défini comme étant l’ensemble des structures relationnelles qui lient les êtres vivants entre eux et à leur environnement inorganique (Ellemberg 1943).

L’écosystème microbien digestif est composé du microbiote, de l’hôte et des aliments; il est responsable de l’homéostasie et participe au maintien de la santé de l’hôte.

Le microbiote comporte 10¹⁴ microorganismes vivant en symbiose avec l’hôte soit plus de 100 fois le nombre de cellules de l’organisme humain (Gill et al., 2006). In utero, le tube digestif est stérile, les premières colonisations se font principalement par la flore vaginale, intestinale et cutanée de la mère lors de la naissance, ainsi que par l’environnement extérieur (O’Hara and Shanahan, 2006). Sa composition va par la suite évoluer en fonction de l’environnement et de l’alimentation de l’hôte, pour se stabiliser vers les deux ans de l’individu. Chaque homme possède donc son propre microbiote, reflet de son environnement. Chez l’individu sain, le microbiote, une fois stabilisé, ne subira que des changements ponctuels, conséquence de la prise d’antibiotiques ou d’un changement d’alimentation.

Très complexe et diversifié, le microbiote est composé d’environ 1000 espèces différentes réparties selon trois phyla majoritaires, le phylum des Firmicutes représentant 79% du microbiote, constitué principalement de bactéries à Gram positif à bas GC. La plus grande majorité des espèces des Firmicutes appartient à la classe des Clostridii parmi lesquels on retrouve les groupes Clostridium coccoides et Cl. Leptum. Moins de 5% des autres espèces du phylum Firmicutes appartiennent aux classes Mollicutes et Bacillii.

Les deux autres phyla majoritaires sont Bacteroidetes et Actinobacteria qui représentent respectivement 17% et 3% de l’écosystème intestinal (Lay et al., 2005; Tap et al., 2009) (Fig. 5). Enfin, les autres phyla rencontrés sont principalement ceux des Proteobacteria et Verrumicrobia qui ne représentent que quelques pourcents des bactéries totales. Les progrès effectués concernant l’analyse génomique des procaryotes a fait considérablement évoluer la taxonomie. Anciennement basée sur l’analyse morphologique (coque/bacille) et phénotypique (coloration de Gram), elle est aujourd’hui basée sur l’analyse métagénomique via l’ARN ribosomique 16S. En effet, il s’est avéré que les précédentes techniques de classification ne permettaient pas d’obtenir une classification totale des espèces peuplant le microbiote mais uniquement des espèces cultivables qui ne représentent que 30% de l’écosystème intestinal.

Parmi les espèces rencontrées au sein du TD, 99% sont anaérobies. La concentration et la diversité bactérienne augmentent parallèlement avec l’augmentation du pH. La composition varie en fonction de la teneur en oxygène qui diminue le long du TD, ainsi, l’estomac est constitué d’environ 10⁴ unités formants colonies (UFC)/g de contenu, le duodénum et le jéjunum sont constitués de 10⁴ à 10⁷ UFC/g, la majeure partie étant des bactéries aérobies anaérobies facultatives (AAF) telles que des lactobacilles, des streptocoques ou encore des entérobactéries. Dans l’iléon, la proportion augmente de 10⁵ à 10⁷ UFC/g, principalement constitué de bactéries AAF et anaérobies telles que Bacteroides, enfin le côlon contient 10⁹ à 10¹¹ UFC/g de contenu principalement anaérobies strictes telles que Bacteroides, Eubacterium, Peptostreptococcus, Bifidobacterium et Clostridium (Butel and Collignon, 2004).

On peut distinguer le microbiote endogène ou autochtone, qui colonise principalement le côlon et qui est capable de se multiplier in vivo, du microbiote en transit ou allochtone, qui provient principalement de l’alimentation et persiste peu de temps au sein du TD. Les principales fonctions du microbiote peuvent être définies selon 3 catégories:

Les fonctions métaboliques : le microbiote réalise la fermentation des résidus alimentaires non digestibles et produit ainsi des acides gras à chaînes courtes tels que le butyrate, de l’énergie et des vitamines essentielles au développement de l’hôte (Wong et al., 2006; Macfarlane and Macfarlane, 2007).

Les fonctions trophiques : le microbiote participe au développement de l’angiogénèse de l’intestin via les cellules de Paneth, et aide ainsi au développement du système immunitaire (Stappenbeck et al., 2002; Macpherson and Harris, 2004).

Les fonctions de protection : le microbiote permet d’augmenter l’effet barrière de la muqueuse intestinale en colonisant les sites de fixation à la muqueuse du TD, en créant une compétition vis-à-vis des nutriments ou encore en libérant des composés anti-microbiens luttant ainsi contre les bactéries pathogènes (Hooper et al., 2003).

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Table des matières

CHAPITRE 1 : INTRODUCTION BIBLIOGRAPHIQUE
I. GENERALITES DU SYSTEME DIGESTIF
1) Structure du système digestif
• L’intestin grêle
• Le côlon
• Le microbiote
2) Le système immunitaire intestinal
• L’immunité innée
• L’immunité adaptative
• Le système immunitaire intestinal
3) Dialogue bactéries hôte
II. MICROBIOTE ET MICI
1) Les Maladies Inflammatoires Chroniques de l’Intestin
• Les mécanismes de l’inflammation
• Diagnostic et symptômes
• Causes et conséquences des MICI
• Objectifs des traitements actuels
2) Le stress oxydant et les MICI
• Généralités
• Les enzymes anti-oxydantes
• DAO et MICI
3) Rôle du microbiote au sein des MICI
4) Rôle des bactéries pathogènes au sein des MICI
• Rôle d’Escherichia coli adhérents invasifs dans le développement des MICI
• Rôle de Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis dans le développement
des MICI
III. PROBIOTIQUES ET MICI
1) Modèles d’études
• Les modèles d’études in vitro : modèles cellulaires d’origine humaine
• Les modèles d’études in vivo : modèles murins d’inflammation intestinale
2) Probiotiques et MICI
• Généralités
• Bifidobacterium. spp et Lactobacillus. spp
• Effets anti-inflammatoires et modes d’action
3) Bactéries recombinantes et MICI
• Présentation des Bactéries Lactiques Génétiquement Modifiées (BLGM)
• BLGM et MICI
• Limites de la stratégie BLGM
CHAPITRE 2 : RESULTATS
I. OPTIMISATION DE SOUCHES DE BACTERIES LACTIQUES EN TANT
QUE VECTEURS DE PROTEINES D’INTERET SANTE
1) Expression et purification de l’antigène E7 de l’HPV-16, protéine modèle pour l’étude
de la réponse immunitaire chez la souris
• Présentation du virus HPV-16 et de l’antigène E7
• Matériels et Méthodes
• Résultats – Discussions
2) Influence de la lyse sur la réponse immunitaire
• Contexte de l’étude
• Objectifs et stratégies
• Résultats
• Conclusions et perspectives
• Article : Variations of N-acetylation level of peptidoglycan do not influence persistence of Lactococcus lactis in the gastrointestinal tract
3) Les lactobacilles et les bifidobactéries peuvent-elles constituer des vecteurs efficaces pour délivrer des protéines d’intérêt santé ?
• Contexte de l’étude
• Objectifs et stratégies
• Résultats
• Conclusions et perspectives
• Article : Bifidobacteria as a new vector for mucosal delivery of therapeutic proteins
II. ETUDE DES EFFETS ANTI-INFLAMMATOIRES DE SOUCHES
RECOMBINANTES ET COMMENSALES
1) Etude des effets anti-inflammatoires de Lactobacillus casei BL23 produisant la catalase et la superoxyde dismutase à manganèse
• Contexte de l’étude
• Objectifs et stratégies
• Résultats
• Conclusions et perspectives
• Article : Intragastric administration of a superoxide dismutase producing recombinant Lactobacillus casei BL23 strain attenuates DSS colitis in mice
2) Etude des effets anti-inflammatoires d’une bactérie commensale, Faecalibacterium prausnitzii A2-165
• Contexte de l’étude
• Objectifs et stratégies
• Résultats
• Conclusions et perspectives
• Article : Faecalibacterium prausnitzii is an anti-inflammatory commensal bacterium identified by gut microbiota analysis of Crohn disease patients
CHAPITRE 3 : DISCUSSIONS-PERSPECTIVES
I. PROBLÉMATIQUE
II. IDENTIFICATION DES MÉCANISMES D’ACTION DES BACTÉRIES ET DES MOLÉCULES POSSÉDANT DES EFFETS ANTI-INFLAMMATOIRES
1) Etude d’une bactérie commensale
2) Etude de protéines anti-inflammatoires
III. TRANSPORT DES MOLÉCULES ANTI-INFLAMMATOIRES AU SEIN DU TRACTUS DIGESTIF PAR L’INTERMÉDIAIRE DE BACTÉRIES LACTIQUES GÉNÉTIQUEMENT MODIFIÉES
1) Amélioration des capacités de vectorisation des BLGM
2) Combiner les propriétés de bactéries probiotiques génétiquement modifiées aux propriétés anti-inflammatoires de nouvelles molécules identifiées
IV. PERSPECTIVE GÉNÉRALE
CHAPITRE 4 : BIBLIOGRAPHIE

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