Microbiote’:’les’dysbioses’ Philippe’SEKSIKhepatoweb.com/DES/exposes/DES_4_2013_HAGEGE/SEKSIK.pdf · MICROBIOTE’INTESTINAL’ • Pourquoi le connaît-on si mal ? •

Philippe SEKSIK

Hôpital Saint-‐Antoine, APHP

Microbiote : les dysbioses

MMBPI ERL U1057 / UMR7203

MICROBIOTE INTESTINAL

•  Pourquoi le connaît-on si mal ?

•  Que sait-on ? Dysbiose (hépato-gastro-entérologie)

Bactéries

MICROBIOTE l’ensemble des micro-‐organismes présents dans le tube digesFf

Bactéries Virus


Bactéries Virus (Phages)


Bactéries Virus (Phages)


Bactéries Virus (Phages) Champignons


Bactéries Virus (Phages) Champignons Archaea


Bactéries Virus (Phages) Champignons Archaea

3 obstacles pour l’étude du microbiote

Bactéries Virus (Phages) Champignons Archae

Obstacle n° 1 CONDITIONS DE CULTURE

EXTRÊMES


Fraction cultivable 20 % du microbiote intestinal"

è Technologies indépendantes de la culture"

Fraction cultivable 20 % du microbiote intestinal"

Obstacle n° 2 LES GRANDS NOMBRES


Abondance : 1014 bactéries Diversité : ~ 1000 espèces

PopulaFons bactériennes

PopulaFons virales à génome viral = 336Mb

grande majorité = Phages ou inconnus

Minot S, et al Genome Res. 2011

Obstacle n° 3 COMPLEXITE Ecosystème


Bacteries

IgA

Milieu

Virus

Bacteries

IgA

Milieu

Virus Bactériocines Quorum sensing

Bacteries

IgA

Nutriments Milieu

Virus Acides biliaires

XenobioLques Bactériocines

Quorum sensing

Bacteries

IgA

Milieu

Virus Bactériocines Quorum sensing

Nutriments Acides biliaires

XenobioLques

Bacteries

sIgA

Epithélium

IgA

JoncLons serrées

Cellules spécialisées Paneth, M

Milieu

Mucus

Virus

PepLdes anL-‐microbiens

Bactériocines Quorum sensing


XenobioLques

Bacteries

sIgA

Epithélium

IgA

JoncLons serrées

Cellules spécialisées Paneth, M

Milieu

Mucus

Virus

PepLdes anL-‐microbiens

Bactériocines Quorum sensing


XenobioLques

Que sait-on ?

3 GRANDES NOTIONS

1.  Mise en place composition 2.  Stabilité - Variation / Résilience 3.  Fonctions

Que sait-on ?

Mise en place composition


Naissance : tube digestif stérile

acquisition d’un microbiote «adulte» (2-6 ans)

ColonisaFon espèces

bactériennes

Naissance : tube digestif stérile

acquisition d’un microbiote «adulte» (2-6 ans)

ColonisaFon espèces

bactériennes

Environnement

&

Facteurs hôte

Fallani et al. JPGN 2010

From Rawls et al., Cell 2006

Facteurs hôte

TransplantaFons réciproques de microbiote

Facteurs hôte



ComposiFon du microbiote sous contrôle de déterminants généFques


From Stewart et al., J. Med. Microbiol. 2005 Zoetendal et al., Microb. Ecol. Health Dis. 2001 Turnbaugh PJ et al .PNAS 2010

ComposiFon du microbiote sous contrôle de déterminants généFques

Actinobacteria Bacteroidetes

Firmicutes

Trois phyla (divisions) majeurs

Li et al 2008 (n = 5, ~7000 seq) Eckburg et al 2006 (n = 3, ~2500 seq) Manichanh et al 2006 (n = 6, ~500 seq) Gill et al 2006 (n = 2, ~2000 seq)

PopulaFons bactériennes

Que sait-on ?

Stabilité - Variation / Résilience


Profil de Microbiote

Unique pour chaque individu

«Code barre»

variabilité inter individuelle Species diversity profiling

of the dominant fecal microbiota of adults

Zoetendahl et al. 1998 Seksik et al. 2003 Vanhoutte et al. 2004

The faecal microbiota of adults is specific of individuals

14 adultes sains

100

95

90

S1 S2 S5 S4 S3

% similarité

Stabilité sur 2 ans The dominant human faecal microbiota is stable

Relative stabilité chez un même individu

Seksik et al. Gut 2003

Profil chez un même individu Species diversity profiling

of the dominant fecal microbiota of adults

Zoetendahl et al. 1998 Seksik et al. 2003 Vanhoutte et al. 2004

The faecal microbiota of adults is specific of individuals

14 adultes sains

•  Alimentation

•  Antibiothérapie

•  Infection intestinale

•  Poussée de MICI

•  Autres

Stabilité -‐ VariaFon / Résilience

40

50

60

70

80

90

100

110

0 1 2 3 4 …. 30 …. 60

Time (days)

sim

ilari

ty %

***

Effet de l’erythromycine sur diversité d’especes dominantes

(De la Cochetiere et al. JCM 2005)

Erythromycine 500mg/jour 4 jours

AnFbiothérapie : une ‘catastrophe’ écologique

40

50

60

70

80

90

100

110

0 1 2 3 4 …. 30 …. 60

Time (days)

sim

ilari

ty %

***

Effet de l’erythromycine sur diversité d’especes dominantes

(De la Cochetiere et al. JCM 2005)

Résilience du microbiote

Erythromycine 500mg/jour 4 jours

Que sait-on ?

Fonctions


Le microbiote intesFnal humain


Notre autre génome



Notre autre génome

La somme de tous les ADNs bactériens = Métagénome



Métagénome (ADN bactériens): ~108 gènes 100 à 150 x le génome humain

Notre autre génome

La somme de tous les ADNs bactériens = Métagénome

Mullard A. The inside story, Nature 2008

Projets ‘Métagénomic’

Turnbaugh et al., Nature 2008 MetaHIT Project ; Qin et al , Nature 2010

DescripFon d’un noyau foncFonnel bactérien


Seulement 2% des phylotypes sont partagés par plus de 50% des individus

Mais noyau foncLonnel important


38% des gènes bactériens sont partagés par >50% des individus (9% partagés par > 80%)

Nous sommes tous assez

semblables





38% des gènes bactériens sont partagés par >50% des individus (9% partagés par > 80%)

Nous sommes tous assez

semblables

Gènes rares gènes partagés par ≤ 20 % des individus

= 2,4 millions gènes

Mais loin d’être idenLques





à  Connaître ces foncLons




•  Métaboliques

•  Immune / Protection

2 grandes foncFons

•  Dégradation des sucres et ‘protéines’ •  Contrôle le stockage des graisses

FoncFons métaboliques

•  Dégradation des sucres et ‘protéines’

•  Contrôle le stockage des graisses


Modifications du microbiote intestinal chez l’obèse

Dysbiose

déséquilibre dans la composition du microbiote

Modifications du microbiote intestinal chez l’obèse à Dysbiose

Ley et al., PNAS 2005

Rapport Firmicutes /Bacteroidetes chez les souris obèses et les non-‐obèses

Souris ob/ob : mutaLon sur le gène de la lepLne

AugmentaLon relaLve des Firmicutes au détriment des

Bacteroidetes

Actinobacteria Bacteroidetes

Firmicutes

ob/ob

Dysbiose

Microbiote confère le phénotype

Sauvage

Transfert microbiote

Dysbiose

ob/ob


Phénotype obèse

Dysbiose

ob/ob



Sauvage

Sauvage

Exemple : souris KO TLR5

Vigay-‐Kumar et al. Science 2010

Développent un ‘syndrome métabolique’



TLR 5 KO

Dysbiose



TLR 5 KO


Dysbiose

Sauvage



TLR 5 KO


Syndrome métabolique chez souris sauvages

Dysbiose

Sauvage

•  Stéatoses et stéatohépatites dysmétaboliques

•  Hépatite alcoolique

•  Cirrhose (CHC)

•  ‘Syndrome métabolique’


•  Plasmocytes à IgA (répertoire)

•  Orientation de la réponse immune

•  Peptides anti-microbiens

•  Prolifération épithéliale (carcinogenèse)

FoncFons Immunes / ProtecFon

Lindner et al. J exp med. 2012

Microbiote colitogénique

RAG2-/- and T-bet -/-

Colite spontanée

TRUC (T-bet -/-, RAG2 -/- Ulcerative Colitis) model

Garrett et al. Cell 2007


TRUC model

Colite + Antibiotiques

Colites chez les descendants TRUC



Colite spontanée


TRUC model

Colite chez WT TRUC

+

WT

WT

WT

Co-housing



Colite spontanée


TRUC model

TRUC

+

WT

WT

WT

Co-housing

transmission horizontale




Colite chez WT

Colite spontanée

Dysbiose au cours des MICI

déséquilibre entre bactéries “protectrices” et bactéries “délétères”

principal component analysis

R2Ycum=0,719

- 3 - 2 - 1 0 1 2 3

- 6 - 5 - 4 - 3 - 2 - 1 0 1 2 3 4 5 6 t[2

]=0,

085

t[1]=0,635 R2Ycum=0,772

- 4 - 3 - 2 - 1 0 1 2 3 4

- 5 - 4 - 3 - 2 - 1 0 1 2 3 4 5

t[2]=

0,07

9

t[1]=0,692

MICI en poussée

Sujets sains MICI en rémission

Microbiote fécal

Sokol et al. IBD 2009

Firmicutes / Bacteroidetes

6.0 3.6 2.4 1.2 1.3 0%

20%

40%

60%

80%

100%

sains MICI Rémission MICI Poussée

Bacteroidetes Firmicutes

6.0 3.6 2.4 1.2 1.3

Dysbiose

0

20

40

60

80

100

Additivité

Crohn RCH

Colite Infectieuse

Témoins sains

C. coccoides C. leptum à Proportions basses de Firmicutes au cours des MICI à Proportions basses de C. leptum (F. prausnitzii) au cours de la MC à Quel impact sur l’évolution de la maladie ?

Sokol et al. IBD 2006

• Eub338 ( Eubacteria ) • Bac303 ( Bacteroides - Prevotella ) • Ent1458 ( Enterobacteria ) • Erec482 ( Clostridium coccoides ) • Lab158 ( Lactobacillus - Enterococcus ) • Bif164 ( Bifidobacterium ) • Fprau645 ( F. prausnitzii ) Dapi + Erec - Cy3

Sokol et al. PNAS 2008

remission or récidive

M6 coloscopie

M0 Résection chirurgicale

Une étude nichée dans un essai du Getaid

Microbiote associé à l’iléon au cours de la MC

20 patients ayant une résection iléo-caecale

par FISH analyse

remission or récidive

M6 coloscopie

M0 Résection chirurgicale

Une étude nichée dans un essai du Getaid

Microbiote associé à l’iléon au cours de la MC

F. prausnitzii à M0 3.3% ± 3.4 à remission à M6

vs 0.3% ± 0.5 à récidive à M6

(p=0.027)

par FISH analyse • Eub338 ( Eubacteria ) • Bac303 ( Bacteroides - Prevotella ) • Ent1458 ( Enterobacteria ) • Erec482 ( Clostridium coccoides ) • Lab158 ( Lactobacillus - Enterococcus ) • Bif164 ( Bifidobacterium ) • Fprau645 ( F. prausnitzii )

20 patients ayant une résection iléo-caecale

Microbiote de 37 patients atteints de MC en rémission

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Surviving

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 jours

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Surviving

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 jours

Nbre de paLents : 37 31 30 24 12

P=0.03

F. prausnitzii

Evolution en fonction du taux de F. prau

Taux élevé

Taux faible

Se 0,82 Sp 0,68 VPP 0,6 VPN 0,87

Rajca et al. DDW 2011

Conséquences de la dysbiose

à InflammaFon

F. prau anF-‐inflammatoire

•  MICI

•  Cancer colo-rectal

•  TFI

•  Infections-colites / antibiotiques

•  ‘Orientation immune’

FoncFons Immunes / ProtecFon

•  probiotiques non ‘empiriques’ •  pré-biotiques •  métabiotiques

•  antibiotiques ciblés •  molécules du Quorum sensing •  Défensines •  Transplantation de microbiote

ThérapeuFques visant la normobiose

•  Microbiote = organe fonctionnel

•  Impliqué en physiologie métabolisme, inflammation, cancer

•  Impliqué dans de nombreuses pathologies

•  Préserver biodiversité / équilibre

Conclusion

•  Microbiote = organe fonctionnel

•  Impliqué en physiologie métabolisme, inflammation, cancer

•  Impliqué dans de nombreuses pathologies

•  Préserver biodiversité / équilibre

Capital ’Flore’

Conclusion

Documents

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