Immunité intestinale et flore Pr Matthieu ALLEZ Service de Gastroentérologie Hôpital Saint-Louis

Microbiote intestinal Immunité intestinale

Microbiote intestinal Composition Mise en place - Structure Biodiversité Stabilité Fonctions

Composition

Colonisation espèces bactériennes Environnement & Facteurs hôte Naissance : tube digestif sterile acquisition d’une microflore «adulte» (2-6 ans) Colonisation espèces bactériennes Environnement & Facteurs hôte As all mamals, my little nephew was born with a sterile gut whic has been colonized immediately after birth by bacterial species coming from environment. Their implantation is driven by host factors and a ‘adult’ microbiota is constituted in at least 2y. This Microbiota is characterized by a tremendous biodiversity, a stability over time and functions to protect mucosa integrity. Biodiversité Stabilité Fonctions (protection)

1014 bactéries (tube digestif) 1013 cellules (corps humain) Distribution des bactéries le long du tube digestif Estomac Bacteroides Eubacterium Clostridium Ruminococcus Bifidobacterium Streptococcus Lactobacillus E. coli non - coliformes Colon Streptococcus Intestin grêle (ileum) Lactobacillus Streptococcus E. coli Clostridium Bacteroides Eubacterium Veillonella 1014 bactéries (tube digestif) 1013 cellules (corps humain)

Seulement 20 à 30 % du microbiote intestinal humain est cultivable à ce jour

 Utilisation d’outils moléculaires indépendants de la culture Seulement 20 à 30 % du microbiote intestinal humain est cultivable à ce jour  Utilisation d’outils moléculaires indépendants de la culture

Cible moléculaire: ARNr 16S bactérien Structure de la molécule d’ARNr 16S: 5S Ribosome 23S 16S Bactérie Intérêts de cette molécule: Ubiquitaire Molécule naturellement amplifiée Structure primaire mosaïque Régions conservées  domaine Bacteria Régions variables  groupes bactériens Régions hypervariables  espèces bactériennes

Le microbiote intestinal humain Abondance : 1014 bactéries /Diversité : ~ 1000 espèces Trois phyla (divisions) majeurs Actinobacteria Bacteroidetes Firmicutes

Le microbiote intestinal humain Abondance : 1014 bactéries Diversité : ~ 1000 espèces ‘Niches’ écologiques (iléon /côlon) Trois phyla majeurs Métagénome (ADN bactériens) ~108 gènes Fonctions bénéfiques pour l’hôte  ‘Organe’ symbiotique

Unique pour chaque individu COMPLEXITE « Code barre » Unique pour chaque individu

Microflore dominante profiles de TTGE - ADNr 16S code barre variabilité inter individuelle

Microflore dominante profiles de TTGE - ADNr 16S 100 95 90 S1 S2 S5 S4 S3 Healthy subjects : Stability of the dominant faecal flora over time Seksik P et al. Gut . 2003;52:237 - 42 % similarity stability 2 years The dominant human microbiota is stable Stabilité chez un même individu code barre variabilité inter individuelle

Effet de l’erythromycine sur diversité d’especes dominantes Ery. 500mg/day for 4 days Effet de l’erythromycine sur diversité d’especes dominantes (De la Cochetiere et al. JCM 2005)

Effet de l’erythromycine sur diversité d’especes dominantes La microflore fécale est résiliente Ery. 500mg/day for 4 days Effet de l’erythromycine sur diversité d’especes dominantes (De la Cochetiere et al. JCM 2005)

Fonctions

Fonctions de la microflore Fermentation (sucres / protéines) Métabolisme des acides biliaires, xénobiotiques… Effet «barrière» s'oppose à la colonisation de l’intestin par des micro-organismes pathogènes Développement des réponses immunitaires

Fonctions Métaboliques Hydrolyse et fermentation H2, CO2, CH4, AGCC Putréfaction Amoniaque, phénols, amines, indoles Acides biliaires déconjugaison, déshydroxylation Xénobiotiques dégradation, (in)activation

L’effet de barrière Log 12 Antibiotique 10 8 Microflore intestinale Clostridium difficile 6 4 2 5 10 15 Temps (jours)

Immunité intestinale

Système immunitaire associé à la muqueuse intestinale Rôle dans la défense contre les microorganismes pathogènes Nécessité d’une tolérance Vis-à-vis de la flore intestinale Vis-à-vis des aliments (antigènes alimentaires)

Tolérance orale

Intestin normal: inflammation contrôlée Flore bactérienne Barrière intestinale Système immunitaire intestinal Vaisseau

Inflammation intestinale Barrière intestinale Microflore Système immunitaire intestinal Vaisseau

Maturation du système immunitaire: rôle de la flore intestinale From A.McPherson. Nature Reviews Immunology

Exemples de microorganismes pathogènes chez l’homme Infections intestinales Bactéries: Salmonelles, shigelles, Campylobacter, Yersinia, E.coli (ECEI, ECEP,…)… Virus: Rotavirus, adénovirus, calicivirus, … Parasites: Amibes, Giardia, Cryptosporidie (SIDA), … Un germe pathogène pour l’estomac Helicobacter pylori Agent responsable des ulcères gastriques et duodénaux Impliqué dans la carcinogénèse

Exemples de pathologies humaines impliquant la flore intestinale Diarrhée associée aux antibiotiques 5 à 20% des traitements antibiotiques Mécanismes multiples Une entité à connaître: Colites à Clostridium difficile Obésité, diabète Maladies inflammatoires de l’intestin Maladie de Crohn Rectocolite hémorragique

Colites à Clostridium difficile Germe non invasif, Bacille anaérobie Gram + / Toxines A et B Rupture de l’effet barrière 15 10 5 2 4 6 8 12 Microflore intestinale Clostridium difficile Temps (jours) Antibiotique Log

Colites à Clostridium difficile Germe non invasif, Bacille anaérobie Gram + / Toxines A et B Rupture de l’effet barrière Présentation clinique: diarrhée, ± douleurs, ± fièvre Colite pseudo-membraneuse 15 10 5 2 4 6 8 12 Microflore intestinale Clostridium difficile Temps (jours) Antibiotique Log

Dysbiose déséquilibre dans la composition du microbiote After examining this results, I would like to focuss on dysbiosis Dysbiosis is an imbalance between H and P B Graphycaly represented with protective bacteria in bleu and harmful in red 32

Modifications du microbiote intestinal chez l’obèse  Dysbiose Rapport Firmicutes /Bacteroidetes chez les souris obèses et les non-obèses Souris ob/ob : mutation sur le gène de la leptine Augmentation relative des Firmicutes au détriment des Bacteroidetes Actinobacteria Bacteroidetes Firmicutes (B) Phylogenetic tree of the Bacteria showing described divisions (wedges, n 55). Divisions detected in this study are indicated by the mouse symbol. Divisions detected in a large survey of the human colonic microbiota (11) are indicated by the human-head symbol. ‘‘H’’ denotes additional divisions represented in the human fecal microbiota, as determined from GenBank entries (1). Divisions dominant in mice and humans are colored red, rarer divisions are blue, and undetected divisions are black. The bar indicates changes per nucleotide. (C) Proportion of Bacteroidetes and Firmicutes in the cecal microbiota of lean vs. obese mice. Mean values SEM are plotted. *, P 0.05 within the division. Ley et al., PNAS 2005 33

Microbiote confère le phénotype Dysbiose ob/ob 34

Microbiote confère le phénotype Dysbiose ob/ob Transfert microbiote Sauvage 35

Microbiote confère le phénotype Dysbiose ob/ob Transfert microbiote Phénotype obèse Sauvage Sauvage 36

Rectocolite hémorragique Maladie de Crohn Atteinte discontinue, segmentaire Atteinte continue, homogène Lésions transmurales, fissures, fistules, sténoses Granulomes: 30-60% Lésions superficielles

MICI: inflammation non contrôlée

Modèles animaux d’inflammation non contrôlée

Maladie inflammatoire de l’intestin (MICI) Environnement Tabac, … Gènes Perte de tolérance vis-à-vis de la flore Activation du système immunitaire Maladie inflammatoire de l’intestin (MICI)

Modulations de la flore Environnement (aliments) Antibiotiques Probiotiques Prébiotiques

Probiotiques Définition Bactéries ou levures vivantes Microorganismes vivants qui, lorsqu’ils sont administrés en quantités adéquates, produisent un effet bénéfique pour la santé de l’hôte Bactéries ou levures vivantes Transitent dans le tube digestif sans le coloniser Effets directs dans la lumière (apport d’enzymes digestives) Modulation du système immunitaire muqueux Influence sur la flore intestinale endogène

Prébiotiques Définition Ingrédients alimentaires non digestibles qui stimulent de manière sélective, au niveau du côlon, la multiplication d’un nombre limité de groupes bactérien susceptibles d’améliorer la physiologie de l’hôte Fructanes (FOS), …

L’alimentation détermine la biodiversité Ley et al, science 2008

Système immunitaire intestinal Conclusions Flore intestinale Stable, propre à chaque individu Fonctions métaboliques Effet protecteur Barrière Maturation du système immunitaire Système immunitaire intestinal Défense contre les pathogènes Tolérance Orale (Ag alimentaires) Vis-à-vis de la flore De nombreuses maladies sont associées à une dysbiose