Chapitre I

Notion d'interaction microbienne

• Mutualisme

2

Symbiose

Protocoopération

Symbiose

Protocoopération

5

Chromatium oxyde le sulfure en sulfite et

fournit de la matière organique et les

accepteur d’elections à Desulfovibrio

Azotobacter utilise le glucose fournit par

Cellulomonas et en retour elle reçoit

l’azote fixé par Azotobacter

Symbiose

Protocoopération

7

8

10

11

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31

Opportunisme

32

Chapitre II : Interaction microorganisme-microorganisme

35

- Les bactéries dans leur environnement

naturel ne sont pas isolées les unes

des autres mais organisées en réseau

trophique et non trophique.

- Ce dialogue permet de coordonner l’activité de

ce réseau bactérien (adaptabilité)

- Elles établissent différents systèmes de

communication

36

- Les bactéries ont développé des

moyens permettant d’échanger de

l’information génétique par :

➢ « quorum sensing » qui permet de

réguler l’expression de leur gène

➢le système de transfert horizontal de

gène

a) Quorum sensing

- Tomasz A. (1965) et Hastings J. (1970) ont

identifié pour la première fois un système de

communication entre bactéries qui permet de

coordonner leur activité par le biais d’un

facteur sécrété par les bactéries elles-mêmes,

39Vibrio fischeri

40

41

42

- Ce phénomène est considéré à l’époque

comme un phénomène isolé et restreint à

un faible nombre de bactéries.

• Cependant ce mécanisme est aujourd’hui

reconnu comme étant un processus régulateur

majeur largement répandu au sein des sociétés

bactériennes.

44

- Ce dialogue interne garantit l’homéostasie de la

population bactérienne en régulant et coordonnant

l’activité des bactéries au sein du réseau

trophique et il contribue également à la protection de

la niche intestinale contre l’invasion par des

bactéries pathogènes.

46

47

• Ces métabolites ne sont pas essentiels à la

croissance et à la survie de la bactérie

productrice prise de manière isolée

• Ils sont en revanche nécessaires lorsque celle-ci

est vie dans un écosystème plus complexe.

48

- En phase de croissance bactérienne, ces métabolites

vont atteindre un niveau de concentration élevé, seuil à

partir duquel ils sont capables de diffuser passivement

à travers la paroi bactérienne vers le cytoplasme

bactérien, ou de se lier à un récepteur présent à la

surface de la bactérie.

• Une fois le cytoplasme bactérien atteint, ces

métabolites (ou leurs produits) interagissent

avec un régulateur transcriptionnel qui va alors

induire l’expression spécifique d’un groupe de

gènes.

50

51

52

53

54

• Les bactéries communiquent et coordonnent

l’expression de gènes intra- et inter-espèces par la

sécrétion de plusieurs métabolites secondaires de

nature peptidique ou lipidique (faible poids

moléculaire) comme les oligopeptides et les N-acyl

homosérine lactones (AHL).

56

b) Transfert horizontal de gènes

- Le mode de reproduction bactérien (division

de la bactérie « mère » en deux bactéries «

filles » génétiquement identiques) ne permet

pas l’évolution rapide du matériel génétique

nécessaire à la forte stabilité et adaptabilité

des bactéries à leur environnement.

- Les bactéries ont mis en place des systèmes

leur permettant d’acquérir du matériel

génétique par transfert horizontal d’ADN

- Les études menées in vitro sur des bactéries

comme E. coli ont permis de comprendre les

mécanismes de ce transfert:

- Une bactérie dite « compétente » est

utilisée comme outil vecteur pour l’insertion de

gènes en culture cellulaire.

• transfert horizontal de gènes est majoritairement

réalisé par conjugaison

(transfert de plasmides d’une bactérie compétente

vers une bactérie receveuse)

• Une illustration récente de ces mécanismes de

transfert de gènes entre bactéries au sein du

microbiote intestinal est la détection d’enzymes

caractéristiques de bactéries marines au sein

des populations bactériennes intestinales

dans la population japonaise.

61

• Les Porphyranases et les agarases sont des

enzymes présentent chez Zobellia galactanivorans,

Bactéries marines dont le substrat est une algue

rouge Porphyra, sont identifiées dans le

microbiote fécal des japonais, et ne sont pas

détectées dans les bases de données

métagénomiques issues des microbiotes fécaux de

populations Nord-Américaines.

- Les gènes de ces deux enzymes ont été identifiés

chez une bactérie intestinale humaine, Bacteroides

plebeius, qui a acquis les deux enzymes par transfert

horizontal de gène de la bactérie marine, présente sur

les algues rouges, couramment consommées crues au

Japon sous forme de sushi.

• Les facteurs de environnement qui

favorisent le transfert de gène entre

bactéries sont très recherchés car de

nombreux gènes de résistance aux

antibiotiques sont aussi transférés d’une

bactérie à l’autre.

- L’inflammation intestinale est un facteur capable de

favoriser le transfert horizontal de gène d’une bactérie

pathogène comme Salmonella Typhimurium, vers

une bactérie intestinale E. coli coli (toutes deux

appartenant à la famille des Enterobacteriaceae).

• Le développement de ces bactéries anaérobies

facultatives lors de l’inflammation intestinale

permettrait d’augmenter leur rencontre

favorisant ainsi les échanges de matériel

génétique entre ces bactéries par conjugaison.

66

• Ces échanges sont cependant limités parce

qu’ils nécessitent une certaine proximité

entre les cellules bactériennes compétente

et receveuse.

• L’échange de matériel génétique entre

bactéries et l’autorégulation de l’expression de

leurs gènes permettent l’adaptation rapide et

constante des bactéries à l’environnement

digestif de l’hôte.

69

C) Interaction métabolique

Cas des cytotoxine de Clostridium difficile et

Bifidobacterium bifidum et E. coli chez des

souris gnotoxénique

Souris

axéniques

Lot 2:

- Clostridium difficile

+

Bifidobacterium bifidum

ou

E. coli

Lot1 : Clostridium difficile

Lot 3:

Souris axéniques

(Temoin)

Mort

Vivant

Vivant

Bifidobacterium bifidum et E. coli ont arrété la toxinogénèse chez Clostridium difficile

- C. difficile permet l'établissement C. perenne dans l'intestin de

souris gnotoxéniques recevant un aliment semi-synthétique.

- C. difficile hydrolyse un dipeptide, ß-aspartique-lysine, qui est

un inhibiteur du développement de C. perenne parce qu'il chélate

le cuivre de l'aliment dans l'intestin.

Cas de C. difficile et C. perenne chez

les souris gnotoxéniques

• Cas de Veillonella et Clostridium (AGV) en

présence de Lactobacillus amylolytique chez

des poulet gnotoxénique.

73

poulet

gnotoxéniques

Lot 2:

- Veillonella et/ou Clostridium

+

Lactobacillus amylolytique

Lot1 : Veillonella et/ou

Clostridium

Lot 3:

poulet gnotoxéniques

(Temoin)

Pas

d’AGV

AGV

Pas

d’AGV

Lactobacillus produit l’acide lactique et Veillonella et/ou Clostridium le dégrade en

acide acétique (AGV) et ATP

• Le développement des souches

cellulolytiques, essentiellement Bacteroides

succinogenes, Ruminococcus flavefaciens et

R. albus, dépendait de l'établissement

préalable d'autres souches bactériennes.

76

la synergie entre un mutant auxotrophe de E. coli exigeant

en acide diaminopimélique (DAP), et diverses souches de

Clostridium contenant du DAP dans leur paroi. Ils ont

observé que la présence dans le tube digestif de certaines de

ces souches de Clostridium fournissaient assez de DAP

au mutant de E. coli pour leur permettre de s'implanter.

- Il est hautement probable, que des synergies entre souches sont

indispensables pour que se construise la flore complexe d'un adulte

holoxénique. Au fur et à mesure que les souches pionnières

s'établissent, des facteurs inhibiteurs disparaissent, des facteurs de

croissance apparaissent et la flore se diversifie jusqu'à atteindre un état

d'équilibre régi par les antagonismes bactériens, dont l'expression

dépend de l'hôte et de son environnement.

2) Interaction hôte-microorganisme

a) Interaction métaboliques

• Digestion des fibres alimentaires

• Digestion des protéines et des lipides

• Production des vitamines du groupe B

• Consommation des gaz intestinaux (H2)

• Transformation du cholestérol colique en

coprostanol insoluble

• Deconjugaison des sels biliaires

79

80

b) Interaction immunitaire

• Pathogen/Microbe-Associated Molecular

Patterns (PAMPs/MAMPs) et Toll-like

receptors (TLRs)

Récepteurs Rôles

Toll-like-receptors Reconnaissance d’une grande variété

d’antigènes bactériens, fongiques,

parasitaires et viraux.

NOD-like Détection des PAMPs cytoplasmiques

RIG-I-like Reconnaissance cytoplasmiques aux

ARN viraux

C-typelectin-like

- détectant des motifs hydrocarbonés

(sucres) contenus dans les parois

fongiques.

84

Lumière intestinale

Lamina propria

Zonuline, régulation de l'absorption de l’eau

et des électrolytes, hyper-perméabilité

intestinale, entérotoxines, MICI,

c) Autres interactions

86

87

- Certains récepteurs bactériens qui perçoivent les

métabolites du quorum sensing sont capables de

percevoir des signaux produits par l’hôte comme

l’adrénaline, produite au niveau du système nerveux

central et la noradrénaline, produite par les

neurones adrénergiques du système nerveux

entérique.

• L’hôte à son coté peut percevoir certains signaux

de ce dialogue et à participer ainsi à la

régulation de la croissance bactérienne.

• Ce dialogue est renforcée par l’existence de

récepteurs de l’immunité innée spécialisés dans

la détection d’éléments microbiens en surface

ou à l’intérieur de la cellule eucaryote.