Dr Sylvain Beorchia| 28 Août 2024
La recherche sur le microbiote du tube digestif, a explosé depuis deux décennies, grâce à la généralisation des techniques de séquençage d’ADN à haut débit qui permettent une cartographie des micro-organismes hébergés dans le corps humain. Composé de centaines de milliards de bactéries, levures et champignons qui peuplent le tube digestif, de l’estomac jusqu’au côlon, le microbiote intestinal est parfois considéré comme un organe à part entière. Il serait impliqué dans les activités digestive, immunologique et neurologique. L’utilisation d’antibiotiques, le régime alimentaire et le mode de vie peuvent exercer une grande influence sur sa diversité.
C’est dire l’importance de cet univers bactérien qui nous accompagne toute notre vie, et dont les modifications sont source de nouvelles découvertes scientifiques. Par exemple, la détermination de l’importance du microbiote dans l’axe cerveau/intestin n’en est qu’à ses balbutiements. De nombreux axes de recherche émergent pointant les rapports encore mal expliqués entre les perturbations du microbiote et des maladies non seulement digestives, mais aussi allergiques, métaboliques et cérébrales. (1,2,3)
Généralités sur le microbiote
La coproculture identifie seulement 20 % des bactéries du microbiote et ne permet pas d’appréhender l’étendue de la complexité́ de la flore intestinale. Le séquençage à haut débit permet actuellement un examen performant (80 % des bactéries non cultivables sont séquençables), automatisé, et financièrement abordable malgré l’absence de prise en charge institutionnelle.
Si certains micro-organismes peuvent être directement transférés de la mère au bébé à la naissance, la majeure partie de la diversification du microbiote intestinal se produit au cours des premières années de vie. Chaque adulte finit par avoir une configuration de microbiote unique, même les vrais jumeaux élevés dans le même foyer.
Le microbiote intestinal possède un gradient oro-anal caractérisé par ses différentes familles ou phyla (totalisant 10 et 100 milliards de cellules microbiennes par gramme de poids humide de selles), des dynamiques communautaires et des interactions étroites avec les tissus. Sur les 50 phylas connus, celles des firmicutes, des bactéroidetes, des actino et protéobactéria sont prépondérantes et représentent 99,9 % des anaérobies. La totalité de ces cellules bactériennes représentent 1 000 espèces et 3,3 milliards de gènes.
Les micro-organismes du microbiote intestinal représentent généralement moins de la moitié du poids des selles, qui pèsent en moyenne moins de 200 g (poids humide), le contenu total de l’intestin allant de 83 à 421 g selon une petite étude portant sur des victimes de mort subite. Le microbiote possède 3 fonctions capitales allant d’une conversion des aliments en nutriments en énergie (10 % des calories ingérés), à un effet barrière contre les bactéries pathogènes et à la maturation du système immunitaire.
L’utilisation d’antibiotiques, le régime alimentaire ou encore le mode de vie peuvent avoir une grande influence sur le microbiote, sa diversité et sa richesse en « bonnes » ou « mauvaises » bactéries. Le projet “French Gut” initié en septembre 2022 a pour objectif d’inclure 100 000 résidents français d’ici à 2027 et de cartographier leur microbiote intestinal, notamment chez ceux porteurs d’un syndrome de l’intestin irritable, données qui seront associées aux données du Système National des Données de Santé (données de santé, d’habitudes de vie et alimentaires).
Les limites du séquençage à haut débit
La métagénomique, technique combinant biologie moléculaire et informatique, permet d’étudier l’ensemble du monde microbien par un séquençage de millions de molécules d’ADN et d’ARN (dit de nouvelle génération, ou NGS) sur de petits échantillons réduisant ainsi les coûts et la durée du processus. On peut ainsi analyser les génomes au niveau d’un échantillon entier afin de caractériser des écosystèmes complets. Séquencer les génomes nécessite une grande maîtrise en bioinformatique, ce qui rend le développement de la métagénomique indissociable du développement du Big Data.
Si la métagénomique est coûteuse et lourde à mettre en place, elle reste néanmoins prometteuse et permet de découvrir une biodiversité microscopique encore inconnue. La recherche sur le microbiote a bénéficié de la révolution des méthodes de séquençage. Celles-ci ne sont cependant pas exemptes de biais à chaque étape, depuis la collecte et le stockage des échantillons, en passant par les techniques de laboratoire comme l’extraction de l’ADN, jusqu’au choix des bases de données de référence utilisées pour l’analyse des résultats.
Le séquençage haut-débit, qui permet d’accéder aux informations liées aux ADNs présents dans un ou plusieurs échantillons, génère des quantités de données très importantes qu’il faut ensuite analyser avec des méthodes bio-informatiques et statistiques. En outre, quand l’analyse de données de génomique peut s’apparenter à la résolution d’un puzzle de millions de pièces, la métagénomique consiste, elle, à résoudre une dizaine de puzzles dont les pièces sont mélangées. La métagénomique nécessite donc des équipements et des compétences solides pour permettre le développement et la gestion d’outils et de bases de données en constantes évolution.
Deux techniques de séquençage sont utilisées en pratique courante avec leurs propres avantages et inconvénients :
- Le séquençage de l’ARN 16S étudie le gène de l’ARN 16S, présent chez toutes les bactéries, différent selon les genres bactériens. Cette technique permet d’identifier la composition bactérienne d’un échantillon en décrivant principalement les genres qui le composent. On parle alors de métagénomique ciblée ou métabarcoding.
- La métagénomique shotgun serait plus sensible et plus complète et permet aujourd’hui une détection pan-pathogène et sans a priori, c’est-à-dire de l’ensemble des microorganismes potentiellement responsables d’une maladie infectieuse, incluant ceux encore inconnus. De plus, elle permet de décrire l’ensemble du métagénome et donc d’expliquer le fonctionnement global du microbiote. On peut ainsi extraire le potentiel fonctionnel du microbiote, ce qui est impossible avec une approche utilisant le 16S. C’est à ce niveau que les sociétés éditrices personnalisent les résultats et expliquent grossièrement la façon dont le microbiote peut hypothétiquement agir sur notre métabolisme et les fonctions de notre organisme.
Enfin, des comparaisons entre l’analyse séquentielle du microbiote et celle sur les cultures ont montré que certaines espèces n’étaient identifiées qu’à l’aide de cultures traditionnelles. Toute technique a également ses limites à prendre en compte en fonction des automates utilisés pour la cartographie de la flore intestinale.
Quelle relation entre le microbiote et les maladies ?
On lit fréquemment que la plupart des maladies sont caractérisées, voire causées, par un microbiote intestinal anormal. Il s’agit là d’une définition vague d’éventuelles interactions délétères entre les communautés microbiennes de l’intestin et leur hôte. Une excellente mise au point des mythes concernant ces données abondamment vulgarisées sans substratum scientifique a été récemment effectuée par AW Walker et L Hoyles. (4)
Le microbiote intestinal joue un rôle dans la progression des maladies humaines, en particulier du cancer. Au cours des dernières décennies, les preuves des liens entre le microbiote intestinal et l’immunothérapie contre le cancer se sont accumulées. Par conséquent, la compréhension du rôle fonctionnel du microbiote intestinal dans la régulation des réponses immunitaires à l’immunothérapie contre le cancer est essentielle pour développer une médecine de précision. Une étude récente (2) sur 259 200 participants issus de 3 cohortes nationales suggère qu’un régime alimentaire comprenant des aliments hautement transformés augmente le risque de cancer colorectal (CCR) en modifiant le microbiote intestinal. Une faible consommation de ces aliments pourrait aider à prévenir le CCR.
Certaines pathologies s’accompagnent de modifications de la composition du microbiote intestinal. On parle ainsi de dysbiose dont la réalité ne peut être niée dans la physiopathologie des MICI, contrairement au syndrome du colon irritable. Cette dysbiose peut perturber la barrière muqueuse, entraînant la perpétuation de l’inflammation et de la cancérogénèse. L’augmentation de certains groupes spécifiques de bactéries nocives, comme Escherichia coli et Bacteroides fragilis entérotoxinogène, a été associée à une inflammation chronique des tissus et à la libération de médiateurs pro-inflammatoires et cancérigènes, augmentant le risque de développer un CCR, suivant la séquence inflammation-dysplasie-cancer chez les patients atteints de MICI.
Toutefois, ces changements sont rarement identiques d’un patient à l’autre, comme il est rare que deux personnes, malades ou en bonne santé, aient des microbiotes identiques. En outre, dans les études qui décrivent les modifications du microbiote au cours d’une maladie, les facteurs de confusion tels que l’âge, l’IMC, le sexe et les traitements médicamenteux ne sont pas pris en compte, de même que les interactions entre les communautés microbiennes de l’intestin ou les changements qui résultent, chez l’hôte, de modifications immunologiques/métaboliques.
La transplantation fécale peut induire une rémission chez environ 30 % des patients porteurs d’une MICI dans le cadre de petits essais cliniques de phase 2. Malgré cette avancée, le domaine doit tirer parti des connaissances acquises grâce à ces essais et progresser vers des essais cliniques de phase 3. En cas de succès, les traitements, notamment diététiques, basés sur le microbiote fourniraient une approche différente, en complément ou en combinaison avec les médicaments immunomodulateurs existants pour traiter les nombreux non-répondeurs et répondeurs partiels aux biothérapies.
Des recherches futures pourront évaluer les avantages de la modulation du microbiote intestinal comme mesure préventive chez les patients à haut risque de CCR, affectant directement le pronostic de la maladie et la qualité de vie des patients. Bien que la plupart des études sur le rôle du microbiote bactérien dans la pathogenèse des MICI se concentrent sur la composante bactérienne, de plus en plus de preuves soulignent également l’importance de la dysbiose fongique et de son effet sur l’inflammation chronique de l’intestin.
De même, la modification des phyla Firmicutes et Bactéroidetes et leur importance relative a été associée à l’obésité dans de nombreux articles. Cette affirmation couramment citée découle principalement de la recherche sur les rongeurs et de trois méta-analyses humaines qui montrent des résultats peu cohérents. Il n’existe en fait aucune « signature microbienne » reproductible dans l’obésité chez l’homme. Les micro-organismes et les substances produites ne sont ni bons ni mauvais. Leur impact sur un hôte humain, dépend fortement du contexte. Les micro-organismes ou les substances qui sont délétères dans une situation donnée peuvent ne causer aucun dommage dans une autre.
L’encéphalopathie hépatique ou porto-cave est une complication grave de la cirrhose qui provoque des troubles neuropsychiatriques. Le lien entre le microbiote intestinal et l’hôte joue un rôle clé dans la physiopathologie de cette affection. Ce lien avec le microbiome intestinal peut être utilisé de manière positive non seulement dans le domaine du diagnostic de l’encéphalopathie hépatique, mais également de son traitement.
Une alimentation excessive et déséquilibrée, un des facteurs de risque de diabète de type 2, est souvent associée à un microbiote intestinal déséquilibré. Le transfert du microbiote intestinal d’une personne atteinte de diabète vers une souris de laboratoire confère, dans une certaine mesure, la maladie diabétique à la souris. Il en va de même chez l’humain où le la transplantation du microbiote fécal d’une personne saine vers une personne avec un diabète de type 2 réduit la résistance à l’insuline de ce dernier. Cette action n’est, hélas, pas prolongée dans le temps car la dysbiose revient progressivement. Cette approche ne peut donc être considérée comme un traitement durable du diabète.
D’autres études ponctuelles montrent des anomalies de la flore intestinale dans la MASLD, la polyarthrite rhumatoïde et dans de nombreuses maladies neuropsychiatriques comme l’autisme, la schizophrénie, les troubles bipolaires, la dépression chronique et même la maladie d’Alzheimer. La relation de cause à effet entre les changements du microbiote et ces diverses pathologies restent à prouver !
Enfin la transplantation de microbiote fécal est sûre après les nombreuses études réalisées sur l’infection à Clostridium Difficile qui reste la seule indication validée après l’échec des traitements antibiotiques conventionnels. Elle n’offre cependant pas d’amélioration cliniquement significative à 6 mois pour d’autres affections dont la maladie de Parkinson, selon une étude publiée en ligne le 29 juillet 2024 dans JAMA Neurology. D’autres études sont nécessaires concernant l’impact spécifique de la composition du microbiote du donneur et de la conversion de la dysbiose sur les résultats moteurs et non moteurs ainsi que sur les besoins en médicaments dans cette affection neurologique invalidante.
Le marché du microbiote et ses dérives
une vingtaine d’années, la recherche sur le microbiote intestinal a explosé, avec une myriade d’études scientifiques publiées tous les ans. Le nombre des articles grand public sur ce thème est impressionnant comme le marché des compléments alimentaires à base de probiotiques, qui pourraient « renforcer » cette flore intestinale. Depuis 2018 Luxia Scientific, Nahibu ou Biopredix et même Eurofins Biomnis Connect se disputent ce marché lucratif de « l’analyse personnalisée » du microbiote (prix moyen entre 165 et 300 €). Même si les laboratoires ne donnent que des conseils, basés sur des arguments sujets à caution, les pouvoirs publics et le Conseil National de l’Ordre des Médecins ne prennent pas position sur ces examens qui n’ont pas de vocation purement médicale.
La disponibilité des tests de microbiote en vente directe a également augmenté de manière marquée : au moins 31 entreprises vendent de tels tests dans le monde. Cependant, une incertitude considérable existe dans ce domaine, ce qui suscite des inquiétudes quant aux avantages et aux inconvénients pour les consommateurs (5).
Pour la plupart des tests de microbiote en vente directe, les consommateurs fournissent des échantillons de selles à l’aide d’un kit de prélèvement, qui sont envoyés aux laboratoires pour analyse. Les résultats bruts sont ensuite adressés aux entreprises ultra-spécialisées, qui appliquent leurs propres algorithmes d’interprétation avant de fournir un rapport aux consommateurs.
Les résultats obtenus à partir de tests effectués sur les mêmes échantillons peuvent présenter une faible reproductibilité. L’interprétation des tests par les prestataires de services est tout aussi problématique : les résultats bruts du microbiote du consommateur sont souvent comparés à des bases de données internes non représentatives, qui peuvent n’inclure que des données provenant de clients précédents ou de recherches sur des personnes atteintes de maladies chroniques.
La comparaison des résultats avec des résultats associatifs publiés ne garantit pas non plus la validité. Par exemple, il a été démontré que les associations précédemment identifiées entre les composants du microbiote et le cancer colorectal étaient fortement biaisées par des variables telles que le temps de transit et l’inflammation intestinale.
Le rapport final fourni aux consommateurs n’est pas non plus standardisé. De nombreuses entreprises recommandent des interventions basées sur ces résultats ; celles-ci manquent de transparence et peuvent reposer sur des données exclusives non validées. Il existe également un conflit d’intérêt évident lorsque les entreprises de tests vendent elles-mêmes des compléments ou des programmes alimentaires. Des essais randomisés rigoureux pour évaluer l’efficacité des interventions recommandées devraient être obligatoires.
Comme en Europe et au Royaume-Uni, les tests du microbiote ne sont pas réglementés aux Etats-Unis, les stipulations définies par la FDA ne s’appliquant que lorsque les tests fournissent des allégations diagnostiques. Actuellement, les principaux tests du microbiote sont étiquetés comme des produits de style de vie ou de bien-être, ce qui les exempte des exigences médicales.
Bien que cette classification interdise l’utilisation d’une terminologie spécifique, y compris les allégations ou utilisations médicinales, un certain nombre de sociétés de tests du microbiote continuent de les commercialiser avec un langage qui pourrait être interprété par les consommateurs comme médical, proposant des rendez-vous avec des nutritionnistes ou associent les tests à la surveillance de la glycémie et à certains marqueurs biologiques.
Deux questions clés doivent être prises en compte dans ce paysage réglementaire : quel niveau de connaissances médicales les consommateurs doivent-ils avoir ? le consommateur moyen lit-il de manière critique les publicités et les sites Web des produits en sachant que les allégations relatives au bien-être et au style de vie ne sont pas assimilées à des soins de santé ?
Dans ce domaine très évolutif, il devient impératif de normaliser et réguler toutes les étapes du processus de dépistage, de la collecte des échantillons à la notification finale. De nombreuses initiatives de consensus d’experts sont en cours pour guider en France les futures recommandations de l’HAS et l’ANSM.
References
- Quaglio AEV, Grillo TG, De Oliveira ECS, et al. Gut microbiota, inflammatory bowel disease and colorectal cancer. World J Gastroenterol. 2022 Aug 14;28(30):4053-4060. doi: 10.3748/wjg.v28.i30.4053.
- Wang K, Lo CH, Mehta RS, et al. An Empirical Dietary Pattern Associated with the Gut Microbial Features in Relation to Colorectal Cancer Risk. Gastroenterology. 2024 Aug 6:S0016-5085(24)05300-9. doi: 10.1053/j.gastro.2024.07.040.
- Zhao M, Chu J, Feng S, et al L. Immunological mechanisms of inflammatory diseases caused by gut microbiota dysbiosis: A review. Biomed Pharmacother. 2023 Aug;164:114985. doi: 10.1016/j.biopha.2023.114985.
- Walker AW , Hoyles L. Human microbiome myths and misconceptions. Nat Microbiol 2023. 1018. 2023;8(8):1392-6. Epub 20230731. doi: 10.1038/s41564-023-01426-7
- The Lancet Gastroenterology Hepatology. Direct-to-consumer microbiome testing needs regulation. Lancet Gastroenterol Hepatol. 2024 Jul;9(7):583. doi: 10.1016/S2468-1253(24)00163-8.
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