Le microbiote intestinal

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1 Le microbiote intestinal

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

3 Composition

4 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)

5 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)

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

7  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

8 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

9 Le microbiote intestinal humain
Abondance : bactéries Diversité : ~ 1000 espèces ‘Niches’ écologiques (iléon /côlon) Trois phyla (divisions) majeurs Complexe Actinobacteria Bacteroidetes Firmicutes

10 Le microbiote intestinal humain
Abondance : 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

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

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

13 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

14 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)

15 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)

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

17 Fonctions

18 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

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

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

21 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

22 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

23 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

24 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

25 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

26 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

27 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

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

29 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

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

31 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

32 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

33 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