Comment cibler spécifiquement les bactéries pathogènes, sans créer de résistances ni de dommages collatéraux sur les autres membres de la communauté microbienne, et ce avec un outil efficace et simple à mettre en œuvre ? Une équipe londonienne pourrait avoir trouvé une solution, qui repose sur CRISPR-Cas9, des « ciseaux moléculaires » permettant des corrections géniques : un guide d’ARN reconnaît une séquence d’ADN (dite CRISPR) au niveau de laquelle se fixe la nucléase Cas9, qui coupe la séquence cible. Or, toute coupure de l’ADN circulaire bactérien empêche sa réplication et induit la mort de la cellule.

Le vecteur : un plasmide

L’idée exploitée dans cette étude était la suivante : insérer Cas9 non pas dans l’ADN bactérien, mais dans un plasmide, petit élément d'ADN présent en sus du génome bactérien. L’avantage ? Les bactéries se transmettent ces plasmides par un phénomène dit de conjugaison*, et ce même entre différentes espèces. Mais jusque-là, les études se heurtaient à une faible fréquence de ces transferts de plasmides. Une faiblesse surmontée par la construction d’un plasmide contenant non seulement la nucléase Cas9 mais aussi toute la machinerie nécessaire à la conjugaison. Ainsi, ce nouveau plasmide, grâce aux conjugaisons successives entre bactéries (le receveur devenant donneur, et ainsi de suite), se répand très rapidement. Et ce, d’une population d’E. coli (donneur) vers quasiment 100 % d’une population de Salmonella enterica, sachant que plus le contact entre cellules est étroit (par exemple dans un biofilm), plus la fréquence des conjugaisons s’accroît. A noter que cette propagation est possible car l’expression de Cas9 est contrôlée : ce n’est qu’en présence d’arabinose que la nucléase est exprimée, tuant la bactérie. En l’absence d’arabinose, le plasmide se limite donc à se répandre.

La cible : des gènes non essentiels

Restait à mesurer l’efficacité du plasmide à tuer les bactéries cibles. Et ce en faisant varier un paramètre : le gène coupé par la nucléase. Les chercheurs ont ainsi testé 65 fragments guides d’ARN, chacun reconnaissant un gène différent de l’ADN bactérien de S. enterica, certains essentiels, d’autres non essentiels. En utilisant de nouveau E. coli comme donneur initial du plasmide, l’équipe mesure une mortalité de S. enterica allant de 1 à 100 %, selon le gène d’attache. Si des questions demeurent pour expliquer ces différences, cibler des gènes essentiels semble moins efficace : cela donne lieu à l’insertion de fragments d’ADN dans le plasmide, qui perd alors sa capacité à tuer les bactéries. Ce qui n’est pas le cas avec des gènes non-essentiels.

La solution pour atteindre les biofilms ?

Bien que le modèle ne repose que sur 2 espèces testées, le plasmide peut en théorie être transféré à une communauté microbienne complexe ; la conjugaison ne serait donc plus la limite. Les chercheurs doivent désormais se pencher sur l’efficacité du plasmide et les paramètres influençant son activité. Car l’étendue des applications est vaste, y compris pour pénétrer les biofilms, difficiles à atteindre avec les autres vecteurs : une bactérie native du biofilm du microbiote pourrait être le donneur initial, permettant au plasmide de se répandre très rapidement et de détruire certaines bactéries cibles, même les plus résistantes aux antibiotiques.

^{* : la bactérie donneuse s’arrime à la receveuse, lui transfère un brin de l’ADN du plasmide qui sera ensuite retransformé par la receveuse en plasmide double brin}

Le mode d’alimentation du nourrisson va directement influencer la composition de son microbiote intestinal. En effet le tube digestif des nouveau-nés nourris au sein est plus riche en bifidobactéries et en lactobacilles que celui des bébés biberonnés au lait maternisé. Mais comment le microbiote du lait maternel est-il lui-même modulé ? Plusieurs études pointent du doigt l’alimentation de la maman pendant la grossesse et l’allaitement, qui aurait une influence sur sa composition. Et plus récemment, une autre hypothèse avance l’idée selon laquelle des bactéries issues du microbiote intestinal de la mère migreraient vers la glande mammaire.

Deux genres bactériens dominants

Pour y voir plus clair, des chercheurs brésiliens ont analysé la composition microbienne du lait maternel de 94 femmes venant d’accoucher. Parmi les 85 genres bactériens identifiés, 3 sont systématiquement présents et 10 entrent dans la composition d’au moins 90 % des échantillons de lait analysés. Deux genres dominent très nettement : les streptocoques et les staphylocoques, dont on pense qu’ils initient la colonisation du tube digestif des bébés. Les bifidobactéries et les lactobacilles, que l’on retrouve pourtant en abondance dans le microbiote intestinal des nourrissons allaités, sont également présents mais en faibles quantités.

L’effet de la vitamine C et des acides gras polyinsaturés

Les chercheurs ont ensuite examiné les effets de l’alimentation pendant la grossesse et durant le premier mois d’allaitement sur le microbiote. Deux points notables ont été identifiés :

-Seule la prise de vitamine C pendant la grossesse a été associée à un profil bactérien spécifique, celui dominé par les staphylocoques, suggérant son impact sur la nature des bactéries du microbiote du lait maternel.

-La consommation d’acides gras polyinsaturés (saumon, thon...) pendant l’allaitement a, quant à elle, légèrement modulé l’abondance des bifidobactéries.

Une influence différente avant et après l’accouchement

L’alimentation d’une femme semble bien avoir un effet sur la diversité microbienne de son lait. Et l’influence alimentaire serait donc plus forte lorsqu’elle est enceinte que lorsqu’elle allaite.

La découverte d’ADN bactérien dans l’environnement fœtal a mis fin au dogme de sa stérilité supposée. Une interrogation demeure cependant : l’ADN identifié provient-il de bactéries viables et métaboliquement actives, issues de la mère ? Une équipe américaine a apporté une réponse en combinant des études chez l’homme et la souris. Première étape : Caractériser les populations bactériennes de dyades mère-enfant (5 prématurés et 5 nés à terme) à partir de prélèvements réalisés post accouchement par césarienne, dans des conditions de stérilité optimales. L’analyse a permis de préciser l’origine des bactéries présentes dans la bouche et le méconium de l’enfant à partir du microbiote vaginal, rectal, utérin, placentaire et amniotique de la mère. Avec à la clé la confirmation de l’existence d’un microbiote fœtal dès 24 semaines de gestation, originaire de l’environnement utérin et majoritairement composé d’Escherichia et d’Acinetobacter.

Bactéries vivantes chez le fœtus…en milieu de grossesse

Dans un second temps chez la souris, leurs travaux ont permis de visualiser la flore intestinale des fœtus, d’observer leur viabilité ainsi que des changements dynamiques au cours de la grossesse. Leurs données suggèrent qu’en milieu de gestation le fœtus est exposé à des bactéries viables et cultivables avec des origines maternelles variables. A contrario, en fin de gestation, malgré la présence d’ADN bactérien principalement d’origine placentaire et amniotique, les prélèvements se sont révélés non cultivables. Hypothèse avancée : la maturation (tardive) du système immunitaire entraînerait l’élimination progressive des micro-organismes passés dans l’environnement fœtal.

Confirmation de transmission viable

L’équipe a validé ses observations sur la transmission bactérienne durant la gestation en procédant à la colonisation d’intestins de souris gestantes par des E. coli marqués, avant de retrouver ces bactéries viables chez leur progéniture. L’ensemble des résultats plaide en faveur de l’existence d’un microbiote fœtal d’origine maternel, évoluant au fil de la grossesse et susceptible d’impacter le développement du système immunitaire et la constitution des microbiotes infantiles après l’accouchement.

Le microbiote vaginal est un écosystème microbien dynamique et bien caractérisé. Suivant sa composition il est classé en cinq grands groupes : quatre dominés par une seule espèce de lactobacille (L. crispatus, L. gasseri, L. iners ou L. jensenii) et une cinquième hétérogène avec un plus grand nombre de souches anaérobies, telles Gardnerella vaginalis, Atopobium vaginae et Prevotella spp. Ce dernier est signe de vaginose bactérienne et associé à un risque accru d’infertilité et d’infections sexuellement transmissibles.

Sachant l’impact du microbiote vaginal sur la santé intime de la femme et ses conséquences sur la reproduction, une équipe américaine s’est intéressée au lien entre profil bactérien et colonisation de la levure du genre Candida. Membre commensal du microbiote vaginal, Candida est en revanche responsable de la candidose vulvo-vaginale caractérisée par une réponse agressive de l’hôte face à la prolifération excessive du champignon opportuniste. Des prélèvements vaginaux de 255 femmes entre 14 et 45 ans, d’origine caucasienne (53 %) ou africaine (47 %) ont servi à identifier les lactobacilles dominants ainsi qu’à évaluer et quantifier la colonisation par Candida.

Variations microbio-ethniques et…

Résultats des analyses : 16 % des femmes présentaient une candidose (90 % de C. albicans et près de 10 % de C. glabrata), avec une répartition supérieure chez les microbiotes à prédominance de L. iners versus L. crispatus (respectivement 39 % et 20 %). Cet écart se répercute au niveau ethnique, puisque le groupe « L. iners » est plus fréquemment associé aux femmes d’origine africaine que d’origine caucasienne (46,7 % versus 31,9 %). Un constat de l’étude qui corrobore les données de la littérature.

… régulation acido-lactique

Pour les chercheurs, la corrélation entre espèce de lactobacille et risque de développer une candidose repose sur la capacité plus ou moins importante de chaque souche à acidifier le milieu vaginal. Des tests in vitro ont montré que L. crispatus produit de plus grandes quantités d’acide lactique, menant à une baisse du pH local autour de 4,0 contre un pH 4,6 pour L. iners suffisant pour inhiber la croissance de C. albicans.

Une différenciation des communautés bactériennes vaginales permettrait donc d’identifier une prédisposition aux candidoses. Une première étape vers des approches préventives et curatives personnalisées, via la modulation du microbiote.

Fréquente et difficile à traiter, la vaginose bactérienne est un trouble féminin dû à un déséquilibre du microbiote vaginal, caractérisé par une diminution des lactobacilles au profit de bactéries potentiellement néfastes, en particulier Gardnerella vaginalis. Malgré un traitement antibiotique, près de 60 % des femmes affectées présentent une rechute dans l’année qui suit.

Changement de méthode

Soupçonnant un lien entre le taux de certains nutriments dans le sang et le risque de vaginose bactérienne, de nombreux travaux ont été menés, aboutissant à des résultats contradictoires. La faute aux méthodologies employées, basées sur des frottis vaginaux ou des critères cliniques et portant principalement sur la vitamine D, estiment les auteurs d’une nouvelle étude publiée dans Reproductive Health. Pour examiner l’association entre la prise de compléments alimentaires et la vaginose bactérienne, ces derniers ont analysé la composition du microbiote vaginal de 104 jeunes femmes, dont un quart souffraient de ce trouble, ainsi que leurs apports quotidiens en micro et macronutriments à partir de leurs réponses à un questionnaire de référence en la matière. Les chercheurs ont également passé en revue la littérature scientifique portant sur ce sujet.

Augmenter les apports en bétaïne ?

Ils sont ainsi parvenus à dresser un profil-type des femmes souffrant de vaginose : davantage adeptes des douches vaginales, elles ont un indice de masse corporelle élevé et ont moins recours à une contraception hormonale par rapport aux femmes dont le microbiote vaginal est équilibré. Globalement, celles dont les apports en nutriments sont les moins importants ont le risque de vaginose le plus faible. Seule exception, la bétaïne, dont les apports limités en augmentent le risque. In vitro, cette substance stimulerait la survie des lactobacilles et la production d’acide lactique, pour empêcher la colonisation des pathogènes. Selon les auteurs, elle agirait directement sur le microbiote vaginal en favorisant l’équilibre bactérien, ou indirectement via le microbiote intestinal. Une découverte qui ouvre de nouvelles perspectives pour limiter le risque de vaginose, comme celle d’augmenter les apports en bétaïne en modifiant son alimentation ou à l’aide de compléments alimentaires.

L’exploration de l’évolution du microbiote intestinal a conduit de nombreux chercheurs à comparer les hommes et les primates. Leurs travaux, menés sur un nombre limité d’espèces, montrent que les bactéries de notre microbiote intestinal descendent de celles qui ont colonisé le tube digestif de nos ancêtres communs et qu’elles ont évolué conjointement. Pourtant, si les humains sont proches des grands singes (bonobos, chimpanzés) sur le plan génétique, leur système digestif ressemble davantage à celui des singes de l’Ancien Monde (babouins, macaques), dont l’environnement et les habitudes alimentaires sont assez similaires.

Un microbiote plus proche des singes de l’Ancien Monde

Pour étayer l’hypothèse selon laquelle ces deux paramètres auraient une influence bien plus importante qu’on ne le croit sur la composition du microbiote intestinal, une équipe américaine a comparé la flore bactérienne et ses différentes fonctions entre des populations d’humains vivant dans des pays industrialisés ou non industrialisés et 18 espèces de primates sauvages. Tandis que le microbiote intestinal des populations industrialisées était très éloigné de celui des autres primates, celui des populations non industrialisées était, au contraire, très proche. Avec quelques nuances toutefois : comparé aux microbiotes des autres primates, celui des humains présentait des caractéristiques microbiennes uniques (certaines espèces présentes, d’autres absentes), des voies fonctionnelles inédites et une plus grande variabilité entre les individus. Celle-ci témoignerait d’une plus grande capacité d’adaptation de l’Homme à de nouveaux environnements. Plus surprenant : la flore intestinale des humains présentait plus de similitudes avec celles des babouins, qu’avec celle des singes dont ils sont les descendants.

L’influence sous-estimée de l’environnement

Ces résultats soulignent l’influence de l’environnement, de l’alimentation et des adaptations physiologiques sur la composition du microbiote intestinal, et plus particulièrement sur ses capacités fonctionnelles ; et battent en brèche l’idée selon laquelle elle résulterait quasi exclusivement de l’évolution conjointe des bactéries et de leur hôte. Pour les auteurs, ces découvertes offrent un nouvel éclairage sur le rôle du microbiote intestinal dans l’évolution de l’Homme.

De nombreuses études mettent en évidence le rôle central du microbiote intestinal dans l’immunité, même si les preuves cliniques restent rares. Mieux comprendre les mécanismes sous-jacents est crucial en termes de santé publique, en particulier pour développer des thérapies ciblant le microbiote en cas de troubles de l’immunité. Dans ce contexte, et partant du constat que l’efficacité des vaccins varie tout autant que le microbiote intestinal des individus en fonction des régions du monde, des chercheurs se sont intéressés à l’effet de la prise d’antibiotiques sur la réponse immunitaire à la vaccination.

Vaccination : quel effet des antibiotiques ?

Pour ce faire, les scientifiques ont étudié deux populations présentant une différence de taux d’anticorps de base contre la grippe avant le démarrage de l’étude. Dans la première, 22 adultes en bonne santé ont été vaccinés contre la grippe saisonnière (vaccin contenant 3 souches de virus atténués) ; 3 jours avant la vaccination, la moitié d’entre eux débutaient un traitement ATB de 5 jours. Comme attendu, les ATB ont perturbé profondément et durablement la composition du microbiote intestinal. Mais contrairement à l’hypothèse des chercheurs, la production d’anticorps en réponse à la vaccination n’était pas affectée par la prise d’ATB. Ce n’est que sur la seconde cohorte de 11 sujets ne présentant pas d’immunité pré-existante significative à la grippe (pas de vaccination ou de grippe récente*) qu’un effet était observé : les ATB entraînaient une diminution de la production d’anticorps IgG1 et IgA dirigés contre la souche de virus H1N1. Ainsi, des ATB à large spectre pourraient, dans certains cas, perturber la réponse immunitaire à la vaccination.

Acides biliaires, messagers de l’inflammation

Les chercheurs ont aussi observé que les modifications induites par la vaccination au niveau des métabolites du sang différaient entre les sujets du groupe ATB et les témoins ; et ce en particulier pour les substances dérivées du métabolisme des acides biliaires. Pour rappel, le microbiote transforme les acides biliaires primaires sécrétés par la vésicule biliaire et déversés dans l’intestin en acides biliaires secondaires ; les acides biliaires sont ensuite en partie réabsorbés. Or chez les sujets ayant reçu les ATB, on observait une augmentation des acides biliaires primaires dans le sang et une diminution majeure des acides biliaires secondaires. L’antibiothérapie allait jusqu’à réduire d’un facteur 1 000 le principal d’entre eux : l’acide lithocholique. Et cette réduction des acides biliaires secondaires s’avérait fortement corrélée à l’augmentation de molécules pro-inflammatoires. Ce qui suggère qu’un changement dans le ratio des acides biliaires induit par l’antibiothérapie pourrait constituer l’un des mécanismes régulant la réponse inflammatoire.

Deux voies de réponses distinctes

Existe-t-il un lien entre les voies modulant la production d’anticorps, et celles impliquant les acides biliaires et l’inflammation ? Non, concluent les chercheurs après avoir cartographié les différentes voies de signalisation depuis l’altération du microbiote post-antibiothérapie jusqu’aux variations de métabolites sanguins : les deux voies sont indépendantes. Ainsi, l’altération profonde du microbiote induite par les ATB modulerait la fonction immunitaire via deux mécanismes distincts, soit directement en interagissant avec les cellules immunitaires soit de façon systémique en modulant la production de certains métabolites critiques.

^{*pas de vaccination ou de grippe récente, comme en témoignent des taux d’anticorps faibles (1ère cohorte : sérologie < 320 pour au moins 2 des 3 souches contenues dans le vaccin ; 2ème cohorte : sérologie ≤ 320 pour les 3 souches contenues dans le vaccin)}

La transplantation de microbiote fécal, un traitement miracle ?

En effet, l’emballement à l’égard de la transplantation de microbiote fécal (TMF) est bien réel et le freiner quelque peu semble nécessaire : certains patients ont des attentes déraisonnables par rapport à ce que la TMF peut leur apporter. Je reçois chaque semaine des dizaines de courriers pour tout et n’importe quoi. Or la TMF n’est pas un traitement magique ! Pour le moment, elle n’est indiquée que dans une seule maladie : l’infection récidivante à C. difficile. Dans toutes les autres pathologies, il ne s’agit que d’une piste thérapeutique qui ne se substitue pas aux traitements actuels. D’ailleurs, l’avenir est probablement aux traitements combinés qui associent la greffe de selles (ou d’autres thérapies ciblant le microbiote) aux traitements plus classiques ciblant le système immunitaire notamment.

Pourquoi la colite à C. difficile répond-elle si bien à la transplantation fécale ?

Cette infection est quasi-exclusivement liée à une altération du microbiote intestinal. Dans les autres maladies, l’implication du microbiote intestinal – si elle est suspectée – n’est que l’un des facteurs en cause et son importance est probablement très variable d’une pathologie à l’autre. Prenons l’exemple de la rectocolite hémorragique, pour laquelle on dispose des données les plus solides : les essais cliniques montrent une rémission dans 20 à 30 % des cas à 8-12 semaines ; c’est bien, mais c’est très loin des résultats que l’on obtient en cas d’infection à C. difficile (près de 90 %), ce qui montre clairement que d’autres facteurs (immunitaires, génétiques…) sont impliqués.

Existe-t-il des freins au développement de la recherche clinique sur la TMF ?

La recherche sur la TMF est extrêmement jeune, elle a commencé il y a moins de dix ans ; il faut donc prendre le temps nécessaire à son évaluation. En France, la manipulation des selles est soumise à d’importantes contraintes et la sélection des donneurs est rigoureusement encadrée. Résultat : les essais cliniques coûtent cher et requièrent une logistique complexe. En outre, les hôpitaux ne dédient pas systématiquement de budget à la TMF, ce qui rend la mobilisation des professionnels de santé variable selon les établissements et prive la recherche d’une structure de soins spécifique sur laquelle s’appuyer. Il est temps que les pouvoirs publics comprennent les enjeux et investissent pour donner les moyens aux hôpitaux de développer cette recherche. À l’Assistance Publique-Hôpitaux de Paris, on espère aboutir rapidement à une structuration de la TMF dans le soin.

Chez l’animal, le caractère physique « obèse » ou « mince » peut être transféré par transplantation de microbiote fécal avec un lien de cause à effet clairement établi. Chez l’homme, c’est un peu plus complexe que cela, mais l’existence d’une dysbiose associée à des troubles métaboliques chez les personnes obèses ou souffrant d’hypertension laisse penser que la TMF pourrait être une piste prometteuse. Des travaux sont en cours pour évaluer les effets de la modification du microbiote intestinal chez les patients atteints du syndrome métabolique^17,14.

Des bénéfices mitigés

Deux études cliniques successives ont été réalisées chez des patients obèses présentant un syndrome métabolique. Menée sur un petit groupe d’individus, la première a montré que la greffe de selles prélevées chez des individus minces a amélioré le profil métabolique des receveurs. La seconde, réalisée sur un plus grand nombre de patients, a donné des résultats plus mitigés¹⁸. Seuls quelques participants ont vu leur profil métabolique amélioré après la TMF, précisément ceux qui avaient à l’origine un microbiote intestinal peu diversifié : la réponse à la greffe serait donc dépendante du microbiote initial du patient. Les bénéfices n’ont, en revanche, pas résisté à l’épreuve du temps… pas plus que la transformation du microbiote intestinal, rapidement revenu à sa composition initiale.

Des relations complexes

Globalement, ces résultats soulignent la complexité des relations entre le microbiote intestinal et les fonctions métaboliques. D’après certains scientifiques¹³, la réponse à la greffe, tant sur le plan métabolique que microbien, serait due à des interactions entre le microbiote du donneur et celui du receveur. Plusieurs essais sont en cours pour évaluer la capacité de cette technique à réduire les troubles métaboliques et divers paramètres liés à l’obésité ; leurs résultats, très attendus, devraient ouvrir de nouvelles pistes stratégiques pour traiter le syndrome métabolique.