Dans une étude récente publiée dans le Communications naturelles Journal, les chercheurs ont exploré le rôle de l’alimentation dans le contrôle de la structure et de la fonction de l’intestin via la modulation chimique de l’environnement.
Pour tester cela, ils ont étudié les effets des suppléments alimentaires de l’hôte, en particulier des fibres, sur la modification des effets néfastes de la dysbiose intestinale induite par les antibiotiques (AID).
Étude: La supplémentation en fibres protège de la dysbiose du microbiome intestinal induite par les antibiotiques en modulant le potentiel redox intestinal. Crédit d’image : TatjanaBaibakova/Shutterstock.com
Sommaire
Arrière-plan
L’étude a utilisé des modèles murins in vivo et des approches de séquençage de nouvelle génération pour élucider les fondements chimiques et mécaniques de leurs observations.
Leurs résultats ont révélé que les fibres alimentaires pouvaient moduler le métabolisme bactérien intestinal, protégeant ainsi contre l’AID via un mécanisme redox.
De plus, les fibres ont contribué à conserver la majorité des bactéries intestinales bénéfiques et à accélérer leur récupération après le traitement antibiotique par rapport à d’autres régimes alimentaires et suppléments probiotiques.
AIDE et alimentation
Depuis la découverte de la pénicilline en 1928, les antibiotiques jouent un rôle crucial dans le traitement des maladies microbiennes. Cependant, compte tenu de leur mode d’action, les antibiotiques provoquent souvent des dommages collatéraux au microbiome intestinal bénéfique, entraînant des conditions indésirables, notamment une dysbiose intestinale induite par les antibiotiques (AID).
La dysbiose est une maladie courante et parfois grave, entraînant une maladie inflammatoire de l’intestin, une infection, une fonction immunitaire aberrante et des troubles métaboliques.
La recherche a exploré les effets des suppléments probiotiques et des adsorbeurs de médicaments oraux pour contrecarrer le SIDA. Néanmoins, ces approches peuvent augmenter le déséquilibre intestinal (pour les probiotiques) ou réduire l’efficacité des antibiotiques, ce qui rend nécessaire le recours à des thérapies alternatives contre l’AID.
Des études ont montré que l’alimentation peut avoir un effet significatif sur les réactions biochimiques prévisibles se produisant dans l’intestin. La source spécifique de carbone présente dans les aliments peut influencer les accepteurs d’électrons qui atteignent le microbiote intestinal.
L’alimentation occidentale, traditionnellement riche en sucre, est rapidement absorbée dans le tube digestif de l’hôte. Cela se traduit par une quantité limitée de carbone atteignant l’intestin, pour lequel les microbes sont obligés de rivaliser, modifiant leur mode d’action pour cibler le carbone dans la muqueuse intestinale, endommageant l’intestin.
Des travaux récents suggèrent que la modification du métabolisme pourrait protéger le microbiote intestinal du stress antibiotique. In vivo, des modèles murins ont montré que la répression du métabolisme microbien réduit la sensibilité aux antibiotiques.
Des études axées sur le rôle de l’alimentation dans l’AID ont montré que les fibres alimentaires, y compris la gomme xanthane, peuvent réduire l’impact des antibiotiques sur la richesse du microbiome intestinal après un traitement antibiotique.
À l’inverse, il a été démontré que les régimes occidentaux riches en sucres et en graisses exacerbent le SIDA. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent les associations entre régime alimentaire et AID restent hypothétiques et vagues.
À propos de l’étude
La présente étude utilise le séquençage métagénomique et métatranscriptomique de nouvelle génération pour étudier la composition et la fonction du microbiote intestinal en haute résolution.
Les chercheurs ont ensuite combiné ces données avec des mesures chimiques sensibles de l’environnement intestinal pour élucider l’enrichissement des voies métaboliques observées.
Des souris C57BL/6 âgées de quatre semaines (femelles, toutes atteintes d’AID) ont été divisées en cohortes de cas et témoins. Les témoins ont reçu un régime modifié utilisant le glucose comme source exclusive de carbone. En revanche, les cas ont été nourris avec un régime dépourvu de glucose mais riche en sept fibres alimentaires (inuline, pectine, dextrine, lévane, arabinoxylane, bêta-glucane et cellulose).
Le glucose est un monosaccharide rapidement absorbé qui devrait induire un stress carboné sur le microbiome intestinal. Dans le même temps, le cocktail de fibres se digère lentement et devrait atteindre et être traité par les bactéries dans l’intestin.
Les deux cohortes ont été nourries avec leur régime alimentaire respectif pendant une semaine avant de recevoir une cure d’amoxicilline, un antibiotique.
Le séquençage longitudinal de l’ARNr 16S des selles murines a été utilisé pour identifier le moment optimal de la supplémentation en fibres lors de la récupération après le traitement antibiotique.
Le séquençage métatranscriptomique et métagénomique du contenu caecal aux jours un et cinq après le traitement a été utilisé pour élargir la résolution taxonomique et fonctionnelle du microbiote intestinal. Le séquençage métatranscriptomique a également été utilisé pour déterminer les altérations des fonctions métaboliques dans l’intestin.
La base de données HMP Unified Metabolic Analysis Network (HUMAnN3.0) et le package MaAsLin2 R ont été utilisés pour étudier les changements associés au régime alimentaire dans les processus biochimiques à l’échelle bioénergétique, le démêlage du métabolisme et la bioénergétique.
Des analyses discriminantes linéaires ont été utilisées pour identifier les signatures métaboliques au niveau de la voie. Les chercheurs ont finalement mesuré le potentiel rédox chimique du contenu caecal murin pour élucider la manifestation physiologique des altérations métatranscriptomiques et métagénomiques observées.
Résultats de l’étude
La présente étude a révélé qu’un régime riche en fibres confère une protection contre les antibiotiques et, par la suite, contre l’AID avant, pendant et après le traitement antibiotique. À toutes les étapes, un régime riche en fibres a entraîné une perte de diversité microbienne plus faible et une récupération améliorée après le traitement.
« Ces observations impliquent qu’une modification fine du régime alimentaire peut affecter la récupération du microbiome après un traitement antibiotique. D’un point de vue translationnel, il est particulièrement bénéfique que la supplémentation au moment de l’administration d’antibiotiques soit aussi efficace qu’avant le traitement. »
Le séquençage métatransciptomique et métagénomique a révélé que les fibres réduisent directement les symptômes du SIDA, tandis qu’un régime riche en glucose exacerbe la maladie. L’histopathologie intestinale et la charge bactérienne étaient cohérentes dans la cohorte de cas au cinquième jour après le traitement antibiotique, élucidant les effets protecteurs des fibres.
En revanche, les souris témoins nourries avec un régime au glucose ont présenté des réductions significatives de leur diversité alpha au premier jour et, dans une mesure plus considérable, au cinquième jour de traitement. Il a en outre été observé que le régime glucose modifiait la composition des espèces microbiennes intestinales, augmentant ainsi la charge protéobactérienne. Des travaux antérieurs ont trouvé des associations entre les protéobactéries et l’AID, ce qui implique une aggravation de la maladie.
Les preuves métatranscriptomiques ont montré que les régimes riches en fibres entraînaient le déplacement des microbiomes intestinaux vers celles affectées au métabolisme des acides gras, à la dormance et à la fixation du carbone. En revanche, les régimes riches en glucose ont déplacé les voies vers ceux impliqués dans le métabolisme respiratoire.
« En général, un métabolisme actif est associé à une susceptibilité accrue, tandis que la dormance métabolique confère une protection. Ceci ajoute encore aux données montrant que la supplémentation en glucose favorise un environnement gastro-intestinal inflammatoire aérobie. »
Les analyses des processus biochimiques ont révélé que les fibres contenues dans l’alimentation peuvent augmenter le métabolisme fermentaire et tamponner le potentiel redox de l’intestin. En revanche, le régime glucose a montré une régulation positive de la transcription des voies impliquant le nitrate et l’oxygène comme accepteurs d’électrons terminaux.
Ces résultats impliquent que les fibres peuvent favoriser le métabolisme fermentaire protecteur en réduisant le potentiel redox de l’intestin, protégeant ainsi contre les dommages causés au métabolisme respiratoire associé au traitement antibiotique.
Conclusions
Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé des modèles murins d’AID nourris avec des régimes riches en glucose et en fibres pour étudier l’effet des régimes modifiables sur le traitement post-antibiotique de l’AID. Ces résultats ont été fusionnés avec le séquençage métatranscriptomique et métagénomique pour élucider les changements fonctionnels et histopathologiques que ces régimes confèrent aux assemblages microbiens intestinaux.
Cette étude révèle que les régimes riches en fibres peuvent conserver la richesse du microbiote intestinal et modifier leurs associations de voies biochimiques en celles favorisant la fermentation et la dormance, conférant ainsi une protection contre les effets indésirables du traitement post-antibiotique de l’AID.
En revanche, il a été constaté que les régimes riches en glucose réduisaient la diversité alpha du microbiome et déplaçaient les voies biochimiques vers celles favorisant la respiration oxydative, endommageant la muqueuse intestinale et exacerbant l’AID.
« Ce travail fait des progrès importants en reliant les changements dans le potentiel redox induit par le régime alimentaire et l’activité microbienne qui en résulte à la sensibilité différentielle aux antibiotiques. Les prochaines étapes importantes consistent à établir le lien de causalité entre les changements dans le potentiel redox et la sensibilité aux antibiotiques dans le contexte de l’hôte. Les études futures peuvent ciblez l’enquête sur les effets du régime alimentaire directement sur le métabolisme des cellules hôtes en ce qui concerne les changements du microbiome et déterminez si les différences observées se traduisent chez les souris mâles.
