Des chercheurs du Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB) de l’Université du Luxembourg ont découvert grâce à des modèles informatiques comment les bactéries de l’intestin réagissaient aux modifications de leur environnement, telles que la diminution de la teneur en oxygène ou de l’offre en nutriments.

Ainsi, des microorganismes qui rivalisent, voire s’éradiquent mutuellement en temps normal peuvent subitement coopérer lorsque leurs conditions de vie changent : ils produisent alors des substances qui facilitent la vie d’autres espèces et les aident même à survivre. Ainsi, toute la communauté de vie se stabilise et parvient à s’adapter de manière homogène à la nouvelle situation. Les chercheurs, emmenés par Dr. Ines Thiele, responsable du groupe « Molecular Systems Physiology » du LCSB, ont publié leurs résultats dans le journal « Applied and Environmental Microbiology » (DOI: 10.1128/AEM.00101-15).

L’intestin humain abrite des milliers d’espèces de bactéries, dont la plupart ne sont pas encore décrites scientifiquement. Cet écosystème forme une communauté de vie complexe. Les microorganismes vivent côte à côte, rivalisent pour se procurer les substances nutritives, s’éradiquent mutuellement dans certaines circonstances ou profitent les uns des autres. Mieux comprendre les relations entre ces microorganismes, tel est l’objectif d’Almut Heinken, chercheuse associée dans le groupe de travail d’Ines Thiele : « Dans le cadre de ma thèse de doctorat, j’ai créé des modèles informatiques à l’aide de données de référence afin d’étudier la manière dont certaines espèces bactériennes réagissent les unes par rapport aux autres lorsque leurs conditions de vie changent », explique la scientifique. « Ces modèles sont couramment utilisés pour pouvoir mieux prédire les interactions entre les bactéries. Nous avons développé le processus et l’avons appliqué pour la première fois aux bactéries de l’intestin. Nous avons relevé comment onze espèces se comportaient par paires en présence de cellules humaines de l’intestin grêle. »

Almut Heinken a alors découvert des comportements étonnants : « Des bactéries qui sont normalement très dominantes et évincent d’autres espèces forment subitement une symbiose avec celles-ci lorsque la teneur en oxygène de leur environnement diminue, par exemple. Elles libèrent des substances qui permettent à des espèces contre lesquelles elles rivalisent en temps normal de survivre et reçoivent elles-mêmes des substances dont elles manquent dans ces conditions de vie défavorables. » Almut Heinken a par exemple observé cette symbiose chez la bactérie Lactobacillus plantarum.

Cette transformation du métabolisme est importante pour assurer le bon fonctionnement de la communauté de bactéries dans les différents segments de l’intestin : la teneur en oxygène, par exemple, n’est pas la même dans toutes les sections de l’intestin grêle. Les parois et l’entrée de l’intestin disposent ainsi de plus d’oxygène que le centre et la fin. « Ce soutien que les bactéries s’apportent mutuellement quand elles se retrouvent dans un environnement plus pauvre en oxygène permet à l’ensemble de la communauté de bactéries, et donc à la digestion, de continuer à fonctionner correctement », explique Almut Heinken. L’offre en nutriments et la présence de cellules de desquamation de l’intestin grêle varient en fonction de l’environnement et ont une influence sur le comportement symbiotique des bactéries.

Les chercheurs du LCSB s’intéressent surtout au rôle des interactions entre les bactéries dans le développement de maladies, comme l’explique Ines Thiele : « Nous savons que l’alimentation et la digestion peuvent influencer l’apparition de maladies – pas seulement celles de l’appareil gastro-intestinal, mais aussi à d’autres niveaux, notamment dans le système nerveux comme la maladie de Parkinson. » L’objectif à long terme des scientifiques est donc de comprendre comment fonctionne précisément l’écosystème de l’intestin. Pour ce faire, ils vont intégrer de plus en plus d’espèces bactériennes dans leurs modèles informatiques. « Si nous réussissons à établir un lien entre certaines réactions de la communauté de vie bactérienne et le déclenchement de maladies, nous ouvrirons de nouvelles portes », explique Ines Thiele. « Nous pourrions ainsi agir sur la maladie à titre préventif ou thérapeutique à travers l’alimentation ou en influençant la flore intestinale à l’aide de probiotiques, par exemple. »