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SVT- Académie de Strasbourg

Microbiote humain et santé - notion n°1

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  • Microbiote humain et santé - notion n°1 Image 1
  • Cette ressource qui s’inscrit dans la nouvelle collection « Le professeur de sciences et le B.O. » vise à confronter une liste de sujets en lien avec le microbiote humain et susceptibles d’être traités par les enseignants à une analyse critique de niveau de preuve.

Introduction

La connaissance de l’existence de micro-organismes dans le corps humain n’est pas récente. Cependant l’importance des microbiotes et leur existence dans presque toutes les parties du corps ne sont pas des notions encore bien établies. Par exemple, le dogme clinique qui établissait que l’urine était stérile et que la présence de bactéries était associée à une infection du tractus urinaire a subsisté pendant longtemps jusqu’à l’arrivée des méthodes d’analyse métagénomiques.

Malgré tout, cet outil puissant qui a changé notre vision du microbiome humain a ses limites et les interprétations qui en découlent nécessitent d’adopter un esprit critique face aux données qui circulent au sujet des microbiotes.

Le nouveau programme de SVT en seconde

Le point du programme de seconde qui sera abordé dans cette ressource est le suivant : « Le microbiote humain représente l’ensemble des microorganismes qui vit sur et dans le corps humain. » L’objectif de cette notion est pour l’élève d’avoir connaissance de l’importance quantitative des micro-organismes du microbiote humain.

Les exemples traités dans la littérature scientifique ayant un rapport avec le nouveau programme

Les microbiotes sont nombreux. Choisir un exemple en particulier parmi ces derniers pour parvenir à la notion du programme n’est pas forcement judicieux pour comprendre l’importance possible de la part des différents types de microbiotes et une vision synthétique s’impose donc. Cependant fournir un simple document de synthèse aux élèves nécessiterait de prendre des précautions lors de son exploitation du fait des niveaux de preuve variables en fonction des données. Il est donc proposé dans cette ressource un tableau pour les enseignants présentant l’ensemble des sujets qui pourraient être abordés en classe. Il précise également certains points auxquels il faut prêter attention lors de la préparation de nos cours.

 

La nécessité d’un regard critique

Le comptage des micro-organismes du microbiome nécessite de pouvoir les détecter. Cette mise en évidence n’est pas toujours aisée et peut-être biaisée par des contaminations externes. Par ailleurs, les techniques de microscopie trouvent leurs limites lorsque le microbiote est trop dense. Il est également à prendre en compte que les micro-organismes détectés peuvent correspondre à des espèces qui occupent transitoirement l’espace étudié.

Il semble donc important de ne pas fournir un document tout fait qui présenterait des données chiffrées de l’importance des microbiotes mais de faire participer les élèves à une démarche de réflexion visant à faire des estimations par eux-mêmes afin qu’ils se rendent compte d’une partie des difficultés. Ils pourraient ainsi comprendre que l’on ne peut pas, à l’heure actuelle, avoir un discours précis sur l’importance relative des différents types de micro-organismes. L’importance du virome pourrait par exemple être fortement sous-estimée.

Une conclusion nuancée à faire construire par les élèves

Différentes activités sont envisageables avec les élèves afin de leur faire prendre conscience de la difficulté à quantifier et même identifier des micro-organismes du microbiote. Une proposition est d’ailleurs publiée dans la partie activités du site.

Après avoir repéré quelques obstacles et solutions à la quantification des microbiotes, les élèves pourraient compléter leurs analyses par quelques données extraites du tableau de synthèse de cette ressource.

Un exemple de conclusion nuancée à faire construire par les élèves serait :
« Le microbiote semble largement dominé par des bactéries puisqu’on évalue actuellement un nombre de cellules bactériennes de l’ordre de 1014. Ces microorganismes se situeraient essentiellement au niveau de l’intestin et de la peau. Des microbiotes sont également décrits au niveau de la bouche, l’estomac, l’appareil respiratoire, l’appareil urogénital, le placenta et le sang. Il peut être également envisagé, mais sans certitude, une localisation au niveau du cerveau. Le nombre de virus n’est pas connu, mais il se pourrait qu’il soit plus important que celui des bactéries. Le nombre de levures semble faible au regard des bactéries mais leur importance volumique n’est pas à négliger. »

Exemples possibles en lien avec les éléments du programme

Revue de la littérature Niveau de précision/certitude
Microbiote cutané Il y aurait 1011 bactéries par m2 (1a) et 106 virus par cm2 (1b).
Le nombre de bactéries varie beaucoup en fonction des sites et notamment en fonction de la densité de glandes sébacées eccrines et apocrines.
Mise en évidence :
Les techniques de microscopie électronique et par épifluorescence permettent de mettre en évidence le microbiote cutané.
Comptage :
Le nombre de bactéries est estimé par les méthodes de culture. Les milieux utilisés pour l’estimation proposée sont sélectifs pour les bactéries aérobies uniquement. Cette estimation est celle que l’on rencontre un peu partout dans la littérature. Des estimations bien plus précises existent mais uniquement pour quelques sites spécifiques de la peau. Il n’y a pas d’estimation très précise pour l’ensemble du microbiote cutané du fait du temps nécessaire pour appliquer les méthodes d’étude.
Le nombre de virus est estimé par microscopie par épifluorescence.
Microbiote
de l’estomac
La densité microbienne dans l’estomac est estimée à 102-104 CFU/mL (2a). Mise en évidence des bactéries :
Des culture et biopsies de muqueuse ont permis de mettre en évidence de nombreuses bactéries qui vivent de façon transitoire dans l’estomac (2b, 2c).
Comptage :
Les études basées sur les cultures sous-estiment le nombre d’espèces bactériennes. L’amplification des ADNr 16S a permis d’analyser les biopsies d’estomac (2d).
Microbiote
intestinal
Le nombre de bactéries qui résident dans l’intestin aurait un un ordre de grandeur de 1014 (3a)
Selon de récentes études, 2,7 % des séquences analysées par la métagénomiques dans les selles seraient d’origine virale, 50,9 % d’origine bactérienne, 7,2 % d’origine eucaryotique et 37,2 % d’origine incertaine (3b).
Comptage :
La densité bactérienne de l’intestin étant très élevée, le comptage à l’aide des techniques de microscopie est rendu difficile.
La microscopie électronique permet d’identifier facilement les bactéries et de les compter mais l’échelle d’analyse est fortement réduite. Par ailleurs ces techniques nécessitent une fixation qui rend l’observation moins pertinente. Dans le colon, même avec les coupes les plus fines, les sections des cellules sont réalisées dans différents plans qui ne sont pas perpendiculaires à l’axe de l’image. Les techniques de microscopie par épifluorescence sont difficiles à utiliser pour distinguer les cellules (3c).
Microbiote buccal La quantité de bactéries dans la salive varie entre 500 et 250 000 CFU/mL pour les bactéries saccaharolytiques et entre 9,5x106 et 7,8x108 CFU/mL pour les bactéries protéolytiques en fonction de la concentration en différents métabolites dans la salive (4a).
Il y aurait 1011 bactéries/mL dans la plaque dentaire (4b).
Les Archaea constituent une faible part du microbiote oral. Elles peuvent être observées chez les sujets sains mais leur prévalence et nombre sont élevés chez les individus ayant une périodontite (4d).
Les Fungi constituent une part importante du microbiote oral à la fois en tant qu’oportunistes pathogènes chez le sujet âgé mais aussi en tant que microbiote sain. (4e)
La plupart des virus du microbiote oral sont associés à des états pathologiques (4d).
Mise en évidence :
La majeure partie des données sont issues de méthodes culture-dépendantes qui sous-estiment fortement la composition du microbiote oral (4d).
Comptage :
Les bactéries de la plaque dentaire forment des agrégats cellulaires robustes et complexes qui empêchent un comptage rigoureux par les méthodes de microscopie par épifluorescence (4f).
Microbiote de
l’appareil
respiratoire
Il y aurait 2.2 × 103 génomes bactériens par cm2 dans les poumons ce qui permet de penser que la quantité est équivalente à celle du duodénum (soit 104 bactéries/mL) (5a).
Il y aurait 2,8x108 particules virales par mL (1b).
Comptage des virus : direct par microscopie (épifluroescence)
Mise en évidence des bactéries :
- Identification de séquences d’ADNr 16S grâce à des méthodes de culture ou sans culture directement sur des échantillons pulmonaires.
- Le microbiote pulmonaire ne correspond peut-être pas à des bactéries résidentes. - Une étude mettrait en évidence une dominance de phénomènes immigratoires et d’élimination à l’origine des communautés bactériennes (5b).
Microbiote urinaire Les analyses d’urines révèlent la présences de bactéries (6).
Il y aurait 3,7x106 particules virales par mL (1b).
Comptage des virus : direct par microscopie (épifluroescence)
Mise en évidence des bactéries :
- Observation au microscope et séquences d’ADNr 16S
- Aucune mise en évidence par des cultures bactériennes
Microbiote du cervau Des bactéries ont été identifiées sur des coupes de cerveau (7). Mise en évidence :
- Observations au microscope électronique
- Identification de séquences codant pour l’ADNr 16S.
- Source possible issue d’une contamination des échantillons cadavériques
Microbiote du sang Du matériel génétique bactérien est identifié dans le sang d’individus sains. La confirmation au microscope nécessite un examen approfondi.
Il y aurait 1x105 particules virales par mL (8).
Comptage des virus : direct par microscopie (épifluroescence)
Mise en évidence des bactéries :
- Observations au microscope mais les structures observées pourraient correspondre à des particules protéiques.
- Identification de séquences codant pour l’ADNr 16S
- Identification de bactéries par des cultures mais basées en général sur des échantillons de volume faible et les contrôles permettant de vérifier que les bactéries ne proviennent pas d’une contamination externe sont souvent inexistants ou peu fiables.
- Identification d’ARN bactérien.
- Aucune des méthodes ne permet de savoir si les bactéries du sang sont vivantes, actives sou non.
Microbiote du placenta Une étude chez 160 individus a révélé que le placenta ne contenait pas d’ADN d’origine bactérienne sauf dans 5 % des cas où l’on pouvait détecter la bactérie Streptococcus agalactiae associée à des infections (9). Mise en évidence :
Des biopsies de placenta ont été analysées grâce aux méthodes de la métagénomique.
Microbiote de l’utérus Les estimations indiquent qu’il y aurait 100 à 10 000 fois moins de bactéries que dans le vagin (10a). Mise en évidence :
L’abondance des microorganismes étant très faible les risques de mauvaise interprétation sont élevés. Ces bactéries peuvent provenir d’une contamination des échantillons ou d’une transmission dans l’utérus (10b) depuis plusieurs sources (depuis la circulation sanguine, le vagin ou la glaire cervicale). Des faux positifs sont courants si les contrôles ne sont pas assez rigoureux. Ces derniers sont d’ailleurs très différents en fonction des études. Certaines utilisent des prélèvements de peau stérilisée du patient et des gants du docteur (10c).
Microbiote vaginal Une femme en âge de porter un enfant produit environ 1 à 4 mL de sécrétions vaginales contenant environ 106 à 108 bactéries par mL (11) Mise en évidence :
Les analyses proviennent essentiellement de données basées sur les méthodes de cultures qui ne détectent que 20 % des bactéries du microbiote vaginal. Les méthodes moléculaires sous-estiment également la présence de certaines espèces puisque certaines ne sont pas présentes dans les bases de données métagénomiques (11).
Microbiote nasal Il y aurait 106 à 107 bactéries par narine (12a). Le microbiote nasal est très exposé à des contaminations bactériennes puisqu’il y a 104–106 bactéries par m3 d’air inhalé par jour (12b).
Microbiote de la surface occulaire Il y aurait 100 CFU/mL dans le film lacrymal (13a). Mise en évidence :
Des analyses de prélèvement de surface, des hybridations in-situ avec des sondes spécifiques et des l’utilisation des méthodes basées sur les cultures bactériennes permettent de mettre en évidence ce microbiote. Lorsqu’il s’agit des études de métagénomique, il n’y a aucun protocol standardisé pour éliminer des données les bactéries issues de contaminations. Les résultats des études sont donc assez divergeants concernant ce microbiote (13b).
Virome Le nombre de virus total dans l’organisme n’est pas encore connu mais dans l’environnement on estime qu’il y a 10 virus pour une bactérie (14).
Une estimation du nombre de virus au niveau de la bouche, des poumons, de l’intestin distal, de la peau, du vagin et du tractus urinaire serait 3 × 1012 (1b).
Comptage : direct (microscopie, épifluorescence)
Mise en évidence :
Les méthodes de métagénomique virale sont biaisées par le fait que les catalogues sont essentiellement constitués de séquences de virus pathogènes.
Mycobiome Le nombre de levures est très faible par rapport au nombre de bactéries (15a). Cependant le volume d’une levure est beaucoup plus important que celui des bactéries (15b). Comptage : direct par microscopie
Les estimations du nombre de levures dans l’organisme diffèrent beaucoup en fonction des études.
Mise en évidence :
- Microscope
- Analyses de cultures essentiellement
- Le catalogue de gènes utilisé dans les études métagénomiques est essentiellement d’origine bactérienne (15c).
Archaeome Il est estimé que 10 % des anaérobies de l’intestin sont des archaea (16a). Comptage : les méthodes et estimations concernant l’importance des archaea sont variables en fonction des études.
Mise en évidence :
- Cultures (beaucoup de difficultés) (16b)
- Microscopie
- Identification de séquences d’ARNr 16S et du gène mcrA (manque d’uniformité des méthodes de détection)

 

RÉFÉRENCES
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