Le microbiote intestinal

Microbiote intestinal Composition Mise en place - Structure Biodiversité Stabilité Fonctions Conclusion

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 ‘Niches’ écologiques (iléon /côlon) Trois phyla (divisions) majeurs Complexe Actinobacteria Bacteroidetes Firmicutes

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

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)

The human gut microbiota - Core species Principal Coordinate Analysis Tap et al., Env Microbiol 2009

Fonctions

Fonctions de la microflore fermentation (sucres / protéines) métabolisme des acides biliaires, xénobiotiques… «effet de barrière» : s'oppose à la colonisation de l’intestin par des micro-organismes pathogènes développement des réponses immunitaires immunité innée et adaptative

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 Antibiotique Microflore intestinale Log 12 Antibiotique 10 8 Microflore intestinale Clostridium difficile 6 4 2 5 10 15 Temps (jours)

cellules épithéliales effet de barrière bactéries Occupation des sites exclusion compétitive peptides antimicrobiens pathogène BACTERIOCINES DEFENSINES -defensins HD-5,6 ileum (paneth cells) - defensins HBD1 -4 colon (enterocytes) Cathedecidins Wehkamp Cur Opin G 2006 Reg III lectin HIP/PAP (enterocytes) Hooper Science 2006 bactéries pathogène Barrier effect first a line of cross talk between bacteria to protect host towards pathogens. Beyond space occupation, bacterial interference comprise competitive exclusion for substrates such as glucides residue on mucins on EC but comprises and also secretion of antimicorbial pepetids by bacteria itself but also by EP and induced by bacteria cellules épithéliales

Fonctions CAMP : Commensal associated molecular patterns LPS PG (MDP, DAP) ADN CpG Flagellin This huge biomass represent first an antigenic mass sharing molecular patterns such as LPS, PG, Muramyl dipeptide, Di aminopymelic acid, CpG DNA and flagellin It represents also a microbiome. The aggregate genomes of these gut species may contain more than one hundred fold more genes than our ‘own’ genome Finally it is a metabolome with very important functions for host health This complex ecosystem enters the definition of a mutualism where both partners, microbiota and host, are taking advantages from this situation PRR : Pattern Recognition Receptors Transmembranaires  TLR : Toll-like receptor intra-cellulaires  NOD : nucleotid oligodimerization domain

Reconnaissance des PAMPs par les TLRs Immunité innée Reconnaissance des PAMPs par les TLRs Milieu Extracellulaire ou Lumière du Phagosome imidazoquinolines ? Peptidoglycanes Lipoprotéines LBP ADN bactérien (Motifs CpG) Flagelline ARN double-brin LPS TLR4 CD14 L R TLR2/TLR2 TLR2/TLR6 TLR2/TLR1 TLR9 TLR5 TLR3 TLR7 MD-2 T I R T I R T I R T I R MyD88 TRIF MyD88 MyD88 MyD88 TRIF MyD88 ? DD ? TIRAP TIRAP Signalisation intracellulaire Cytoplasme NF-B

Voies intra-cellulaires de la transduction du signal Immunité innée Voies intra-cellulaires de la transduction du signal Pathways are graphically represented in this figure by Bonen Recognition between PAMP and PRR leads to a transduction of the signal through molecular cascades. Activation of NFkB is one of the final event that induce inflammatory gene expressions Bonen DK, Cho JH. Gastroenterology. 2003

Les Peptides Anti-Microbiens (PAM) DEFENSINES -défensines HD-5 (c. de Paneth) -défensines hBD1 (colonocytes) REGULATION Des populations microbiennes Activité anti-microbienne large restreintes à certains groupes

Les Peptides Anti-Microbiens (PAM) DEFENSINES -défensines HD-5 (c. de Paneth) -défensines hBD1 (colonocytes) REGULATION Des populations microbiennes Activité anti-microbienne large restreintes à certains groupes

Microflore et immunité Naissance : tube digestif stérile Acquisition microflore Maturation du système immunitaire plasmocytes IgA Tolérance (vis-à-vis de notre propre microflore) Protection et intégrité de l’épithélium intestinal

Intestinal lymphoid tissue Gut Lumen IgA Bacteria LUMIERE Peyer patch Cellules B Cryptopatch ILFs Dentritic Cells CHORION LTi Lamina propria Jean Verdier 2010 28

ILF associated epithelial cells ILFs Formation Peptidoglycan B Cell / Lti Cell like from CPs CCR6 NOD1 CCL20 mBD3 ILF associated epithelial cells ILFs Jean Verdier 2010 Bouskra et al., Nature 2008 29

CONCLUSION Biodiversité +++ Fonctions « d’organe » = organe caché métaboliques protection : effet de barrière intégrité de l’épithélium Rôle dans certaines maladies

CONCLUSION fermentation (sucres / protéines) métabolisme des acides biliaires, xénobiotiques… «effet de barrière» : s'oppose à la colonisation de l’intestin par des micro-organismes pathogènes développement des réponses immunitaires immunité innée et adaptative OBESITE DIABETE

CONCLUSION fermentation (sucres / protéines) métabolisme des acides biliaires, xénobiotiques… «effet de barrière» : s'oppose à la colonisation de l’intestin par des micro-organismes pathogènes développement des réponses immunitaires immunité innée et adaptative OBESITE DIABETE MICI ALLERGIE

Approche thérapeutique physiologie eucaryote de l’hôte Perspectives – nouvelle cible Moduler le microbiote Bactériothérapie Facteurs solubles MICROBIOTE Approche thérapeutique physiologie eucaryote de l’hôte Hôte Contrôler la physiologie de l’hôte