L’alimentation croisée implique l’échange de nutriments et d’énergie entre différentes souches ou espèces de micro-organismes. Dans un récent Hôte cellulaire et microbe revue, les scientifiques discutent des implications évolutives et écologiques de l’alimentation croisée à travers les niveaux trophiques et de leurs résultats pour la santé.
Étude: Alimentation croisée dans le microbiome intestinal : écologie et mécanismes. Crédit d’image : Fedorov Oleksiy / Shutterstock.com
Activité microbienne dans l’intestin
Le corps humain héberge environ 100 billions de symbiotes microbiens, les communautés microbiennes les plus abondantes se trouvant dans le tractus gastro-intestinal. Ceux-ci incluent les bactéries, les champignons, les virus et autres microbes. Dans le contexte de ces microbes, une alimentation croisée ou un partage de métabolites peut se produire entre l’hôte et le microbe, en plus du partage entre les microbes eux-mêmes.
Comprendre l’alimentation croisée est essentiel pour déterminer l’impact du microbiome sur la santé de l’hôte. L’alimentation croisée façonne la composition de la communauté de micro-organismes, son métabolome intégré et sa réponse aux perturbations.
L’examen actuel élucide les forces écologiques et les conséquences des interactions d’alimentation croisée. Ici, les chercheurs fournissent également des informations importantes sur les divers mécanismes d’alimentation croisée des nutriments dans le microbiome intestinal et leurs impacts ultérieurs sur la santé de l’hôte.
Écologie de l’alimentation croisée dans le microbiome intestinal
L’alimentation croisée dans le microbiome intestinal peut être mutualiste, exploitante ou commensaliste. Les interactions sont mutualistes lorsque les espèces se nourrissent de métabolites produits les unes par les autres ou
lorsqu’un microbe se nourrit de métabolites d’autres espèces et modifie l’environnement pour le producteur. Les interactions coopératives sont connues sous le nom de syntrophie, qui comprend un métabolisme obligatoirement mutualiste.
Lors des interactions d’exploitation, l’organisme consommateur ne profite que du substrat produit par d’autres organismes ; cependant, le producteur est lésé par la synthèse de déchets toxiques. Une alimentation croisée relativement commensaliste se produit lorsqu’un microbe bénéficie du produit d’un autre microbe sans causer de dommages à l’organisme producteur.
Sur la base de la théorie écologique, des interactions syntrophiques positives peuvent conduire à une communauté de micro-organismes instable et à faible diversité, caractéristique de la dysbiose. Les interactions compétitives stabilisent les communautés microbiennes car elles contrôlent le mutualisme et inhibent la prolifération d’une seule espèce en concurrence avec les autres.
Il est important de comprendre comment les communautés microbiennes restent stables au milieu des interactions d’alimentation croisée dans l’intestin. Cela pourrait être dû aux forces écologiques dans l’intestin qui ne peuvent pas être évaluées par des expériences ou des modèles informatiques. Plusieurs hypothèses ont été formulées pour expliquer comment la coopération existe de manière stable dans le microbiome intestinal.
Mécanismes sous-jacents
Les métabolites liés à l’alimentation croisée dans le microbiome intestinal sont classés soit comme ceux associés au métabolisme central, tels que les donneurs/accepteurs d’électrons et les sucres, soit comme ceux qui sont des nutriments essentiels nécessaires à la biosynthèse tels que les cofacteurs, les acides aminés et les vitamines.
Dans le cadre du métabolisme central, l’alimentation croisée établit quatre niveaux trophiques différents. Le premier niveau trophique, constitué d’organismes autrement appelés dégradeurs primaires, est équipé d’une machinerie spécialisée capable d’hydrolyser des polysaccharides complexes et de libérer des oligo- et monosaccharides accessibles à d’autres espèces.
Bacteroidales Les organismes présents dans l’intestin humain ont été identifiés comme des dégradeurs primaires et sont des acteurs essentiels du réseau trophique carboné. Les trois genres dominants du premier niveau trophique comprennent Parabacteroides, Bacteroides, et Prévotelle.
Ces bactéries intestinales peuvent dégrader les polysaccharides végétaux qui échappent à la digestion dans l’intestin grêle par les enzymes humaines. L’alimentation croisée à ce niveau dépend du glycane et des microbes en interaction.
Le deuxième niveau trophique comprend les fermenteurs primaires qui génèrent eux-mêmes ces sucres ou les obtiennent d’autres microbes. Par la suite, ces sucres subissent une glycolyse et génèrent du phosphoénolpyruvate (PEP), qui est utilisé pour la phosphorylation au niveau du substrat qui libère des acides organiques, tels que l’acétate, le succinate et le formiate, ou des alcools comme le 1,2-propanediol.
Pour les fermenteurs primaires, les acides aminés agissent comme une source d’énergie en participant au métabolisme central, dans lequel ils fournissent de l’azote pour les réactions de transamination et sont des nutriments essentiels pour les auxotrophes. Contrairement au réseau trophique carboné, le réseau azoté est entraîné par diverses espèces microbiennes, telles que Fusobacterium, Clostridium, Actinomyces, Propionibacterium, et Peptostreptocoques.
Le troisième niveau trophique constitue les fermenteurs secondaires, qui utilisent les sous-produits des organismes du deuxième niveau trophique dans diverses voies respiratoires ou fermentaires. En conséquence, ces organismes génèrent des acides gras à chaîne courte (SCFA) tels que l’acétate, le butyrate et le propionate.
L’hydrogène moléculaire produit par les fermenteurs primaires/secondaires agit comme un donneur d’électrons pour les bactéries sulfato-réductrices (SRB), les acétogènes et les méthanogènes.
Outre l’alimentation croisée à partir de sources de carbone et d’azote, les vitamines et les cofacteurs sont également alimentés de manière croisée dans le microbiome intestinal. Les vitamines sont essentielles pour les fonctions enzymatiques et conviennent à l’alimentation croisée intermicrobienne dans l’intestin distal. L’association entre la vitamine B12 et les corrinoïdes est liée à l’alimentation croisée en vitamines dans les communautés microbiennes.
