Bactéries impliquées dans l’obésité

Les bactéries sont impliquées dans plusieurs processus physiologiques humains, mais elles peuvent aussi être à l’origine de pathologies comme l’obésité. Comment peut-on prouver l’implication des bactéries dans l’obésité ? Comment les bactéries peuvent-elles agir sur l’obésité ? Lisez cet article pour le savoir !

Généralités sur l’importance des bactéries

Avant de naître, le fœtus est microbiologiquement stérile, c’est-à-dire qu’il ne contient aucune bactérie. À partir de sa naissance, il commence à être colonisé par les bactéries maternelles et environnementales, en particulier sur la peau et dans le tube digestif. Ce dernier contient environ 100 000 milliards de bactéries qui forment le « microbiote intestinal ». Il est constitué d’environ 500 espèces qui participent à divers processus physiologiques. En effet, le génome des bactéries intestinales regroupe plus de 3 millions de gènes, soit 150 fois plus que le nombre total de gènes humains : cela représente un incroyable potentiel métabolique (capacité de digérer des aliments que les Hommes ne peuvent pas digérer par exemple). 

Ces micro-organismes sont impliqués dans la physiologie et dans le métabolisme de l’hôte, en participant à la digestion et à la dégradation de composés ingérés, à l’immunité, à la protection du corps contre des agents pathogènes et à l’équilibre intestinal par exemple. Cependant, malgré leur importance, elles peuvent aussi être impliquées dans les phénomènes d’intolérance alimentaire, de diabète ou encore d’obésité.

De nombreuses bactéries digestives n’ont pas encore été identifiées, mais certaines études cherchent à mettre en évidence le rôle du microbiote intestinal et les effets d’un dérèglement de celui-ci sur l’obésité. Voici quelques résultats d’études sur la relation bactérie-obésité.

Mieux comprendre l’obésité pour mieux lutter contre elle

L’obésité est caractérisée par un indice de masse corporelle (IMC) supérieur à 30, dû à un excès de poids et à l’accumulation de masse graisseuse dans les tissus. C’est une maladie reconnue par l’Organisation Mondiale de la Santé depuis 1997.

Aujourd’hui, l’obésité touche de plus en plus de personnes sur toute la planète, pas uniquement dans les pays les plus riches ou développés. Selon une récente étude de l’OMS, un tiers des adultes à travers le monde serait en surpoids ou obèse, et chaque année  près de 3 millions de décès sont liés à l’obésité, des pathologies comme le diabète ou les maladies cardiovasculaires.

Les causes de l’obésité sont encore aujourd’hui mal connues. Le mode de vie contribue sans doute au développement de l’obésité, à travers une alimentation plus riche et plus accessible, mais aussi par une activité physique réduite et une durée de vie allongée. Cependant, cela n’explique pas les variations entre individus, certains étant plus sujets à la prise de poids ou plus prédisposés à développer des troubles liés à l’obésité que d’autres.

Certaines hypothèses évoquent une prédisposition génétique à l’obésité. Plusieurs études tentent de démontrer l’implication de plus de 50 gènes dans la prise de poids, l’obésité ou encore le développement de certaines complications (problèmes cardiovasculaires par exemple).

L’environnement aurait lui aussi un rôle. Plusieurs facteurs liés au mode de vie et à l’environnement comme le stress, la qualité du sommeil, la prise de médicaments, le contact avec des virus ou des pollutions… pourraient engendrer une prise de poids. Parmi ces facteurs, la flore intestinale serait aussi impliquée.

Expérience de transfert de microbiote intestinal et impact sur l’obésité

Afin d’étudier plus en détail l’influence du microbiote intestinal et de sa composition, des expériences de transfert ont été réalisées, en particulier sur un modèle de souris, comme dans l’étude « Gut Microbiota from Twins Discordant for Obesity Modulate Metabolism in Mice », publié dans le magazine Science en septembre 2013.

Une première expérience a été réalisée avec des souris :
– les premières sont des souris sans bactéries intestinales (« germ-free ») ;
– les secondes sont des souris conventionnelles avec un microbiote intestinal naturel ;
– les dernières sont des souris « germ-free », qui ont ingéré les bactéries intestinales des souris conventionnelle et ont ainsi été colonisées par ces bactéries.

Il a été montré que les souris « germ-free » sont moins sensibles à la prise de poids que les conventionnelles, même si leur régime alimentaire est plus riche. De plus, les souris « germ-free » colonisées par le microbiote ont tendance à prendre plus de poids que celles qui ne le sont pas. Cela indique que le microbiote peut avoir un rôle de déclencheur de la prise de poids.

Afin d’être plus proche du système humain, d’autres expériences de transfert de microbiote intestinal ont été menées chez la souris, mais cette fois-ci, en utilisant les bactéries intestinales humaines. Ainsi, des lignées de souris portant un microbiote humain se transmettant aux générations suivantes ont été créées.

Pour limiter les variations de microbiote qui peuvent être génétiques, les bactéries intestinales de sœurs jumelles humaines (dont l’une est obèse et l’autre est mince) ont été recueillies et transférées dans des souris « germ-free ». Il a été prouvé que des personnes avec un lien de parenté, même adultes, ont une population de bactéries intestinales proche. Lorsque le microbiote intestinal d’une personne obèse est inoculé, la souris devient obèse, alors que ça n’est pas le cas quand c’est le microbiote intestinal d’une personne mince qui est utilisé. Ce résultat indique que le microbiote change entre les personnes en surpoids ou non, mais ne dit pas si ce sont les bactéries de la personne obèse qui la rendent obèse ou si ce sont celles de la personne mince qui la protègent de la prise de poids.

Dans le but de répondre à cette question, des souris ayant chacune un type de microbiote sont mises ensemble dans une cage. Lors de leur cohabitation, elles vont manger les matières fécales les unes des l’autres et donc ingérer et mélanger leur microbiote intestinal. Les chercheurs ont observé que les souris qui possèdent les bactéries de la personne mince n’ont pas subi de changement de leur microbiote.

Celles avec le microbiote de la personne obèse présentent différents comportements selon le régime alimentaire suivi :
– s’il est pauvre en graisses et riche en fibres, le microbiote est colonisé par celui des personnes minces et elles ne prennent pas de poids ;
– si l’alimentation est riche, le microbiote ne change pas et les souris deviennent obèses.

Ces résultats indiquent que le microbiote intestinal des personnes minces les protège de la prise de poids et l’emporte sur celui des obèses lorsque le régime alimentaire est équilibré.

Le problème qui se pose avec ces modèles de souris est que les bactéries ou les paramètres du microbiote impliqués dans la régulation de l’obésité peuvent être spécifiques à une espèce d’hôte donnée. De plus, il peut y avoir des différences entre l’obésité naturelle observée chez l’Homme et celle déclenchée en laboratoire sur la souris.

On peut actuellement affirmer qu’une altération du microbiote intestinal peut modifier le développement et le maintien de l’obésité et des complications qui y sont liées, mais une meilleure connaissance des mécanismes moléculaires est nécessaire pour comprendre de quelle façon précise les bactéries agissent.

D’autres études ont mis en évidence qu’en augmentant la richesse du régime alimentaire des souris, leur microbiote intestinal était modifié en moins de 24h, favorisant les bactéries qui seraient mieux adaptées à l’augmentation de la quantité de gras ingérée. Ces bactéries métaboliseraient mieux le gras, ce qui faciliterait l’absorption des nutriments par l’hôte donc la prise de poids.

Des expériences sur les Hommes ont aussi été menées. La comparaison du microbiote d’un homme avant puis après la perte de 20 kg en deux ans a montré une grande modification de son microbiote intestinal : la bactérie Faecalibacterium prausnitzii était indétectable au départ, mais représentait 15% des bactéries intestinales après la perte de poids. À l’inverse, les bactéries Enterobacter, qui représentait 35% des bactéries initiales, était indétectable à la fin du régime. Son implication dans l’obésité a d’ailleurs été confirmée en l’implantant dans une souris sans bactéries intestinales (la souris était donc résistante à la prise de poids). Une fois colonisée par les bactéries l’animal a grossi.

Diversité du microbiote intestinal et obésité

Il est aujourd’hui établi que l’obésité a des causes qui peuvent être génétiques et environnementales. Parmi ces dernières, des modifications de la flore intestinale, en particulier la disparition de certaines bactéries, peuvent déclencher des pathologies associées à l’obésité, comme du diabète, de l’hypercholestérolémie ou des problèmes cardiovasculaires.

Plusieurs études ont été menées afin de discriminer, dans une population, les personnes susceptibles de développer des maladies liées à l’obésité et celles qui présentent moins de risques. Ce test est mis en place en étudiant la diversité de la flore intestinale.

Les recherches dont les résultats ont été publiés dans le magazine Nature (« Richness of human gut microbiome correlates with metabolic markers », le 29 août 2013) ont porté sur la richesse de la flore intestinale dans deux groupes d’individus, certains obèses et d’autres non, en comptant le nombre total de gènes bactériens. L’étude a révélé que les personnes testées pouvaient se classer en deux groupes :
– le premier avec peu de gènes comptés (moins de 480 000, en moyenne 380 000 gènes), ce qui indique une diversité bactérienne faible ;
– le second avec beaucoup de gènes comptés (plus de 480 000, en moyenne 640 000 gènes), ce qui indique une diversité bactérienne élevée.

Les recherches ont mis en évidence que les personnes avec une diversité bactérienne moins importante sont à 80% obèses, elles ont plus de risques de développer des problèmes métaboliques (excès de cholestérol, diabète), des maladies hépatiques ou cardiovasculaires et ont tendance à prendre plus de poids que les autres.

En plus de faire ressortir que les personnes obèses avaient une diversité bactérienne réduite dans l’intestin, l’étude a révélé que ces individus ne possédaient pas les mêmes espèces bactériennes que les non-obèses. Neuf espèces permettent de distinguer les deux populations, ce qui implique que certaines espèces bactériennes sont spécifiques des personnes obèses et d’autres des non-obèses ; cela appuie l’hypothèse de modifications importantes du microbiote intestinal en fonction de l’état de santé.

Ces résultats sont confirmés par une autre étude dont les conclusions sont parues dans le magazine Nature (« Dietary intervention impact on gut microbial gene richness », le 29 août 2013). L’article indique qu’en imposant un régime alimentaire faible en calories aux personnes obèses, leur état de santé s’améliorait (perte de poids, diminution de la cholestérolémie) et leur diversité bactérienne augmentait si elle était faible.

Cependant, il n’est pas encore établi si c’est parce que la diversité bactérienne augmente que l’état général de santé s’améliore ou l’inverse, la seule chose que confirme cette étude est que les deux sont liés.

Mécanismes d’implication des bactéries dans l’obésité

Plusieurs études, centrées sur un microorganisme particulier ou sur le microbiote intestinal complet, tentent d’identifier le moyen par lequel les bactéries intestinales influent sur la prise de poids. Plusieurs articles ont récapitulé les implications du microbiote intestinal à différents niveaux. C’est le cas de « Obesity and the gut microbiome : Striving for causality », publié dans Molecular Metabolism en 2012 et de « Effects of the gut microbiota on obesity an glucose homeostasis », publié dans Cell en 2011, qui avancent plusieurs mécanismes possibles pour l’implication des bactéries dans le développement de l’obésité et des complications qui y sont associées.

Les bactéries du microbiote intestinal sont les premières à entrer en contact avec les aliments ingérés, puisqu’elles sont à l’interface entre l’hôte et son régime alimentaire. Une théorie évoque la possibilité d’une adaptation des bactéries au régime alimentaire de l’hôte. Plus ce dernier est gras, plus les bactéries activent les gènes impliqués dans le métabolisme énergétique (détection et dégradation des sucres alimentaires, transport des produits obtenus…). Le microbiote intestinal serait donc impliqué dans l’obésité en dégradant plus ou moins complètement et en quantité variable les aliments, ce qui fait varier leur absorption par l’hôte : plus les bactéries dégradent les aliments en petits nutriments, plus ils sont facilement absorbés et donc assimilés par l’hôte.

Des molécules libérées par les bactéries à partir des aliments ingérés par l’hôte peuvent aussi réguler des processus comme le stockage de graisse. C’est par exemple le cas des acides gras volatils (un type particulier de lipides) libérés par les bactéries ayant digéré des sucres complexes. Ces acides gras sont ensuite utilisés comme source d’énergie par l’hôte. Or, des différences entre les personnes maigres et obèses ont été observées, ces dernières produisant plus d’acides gras volatils. Les acides gras sont impliqués dans la régulation de la satiété, dans la production d’acides gras ainsi que dans la transformation des acides gras en énergie. Un excès en bactéries responsables de la digestion de sucres complexes et de la production d’acides gras volatils pourrait être à l’origine de l’obésité, à cause :
– d’une modification de la sécrétion de l’hormone incrétine, impliquée dans la sécrétion d’insuline et dans la sensation de satiété tardive ;
– d’une plus forte activation des récepteurs aux acides gras volatils, qui augmentent l’absorption de nutriments et stimule l’accumulation de graisse ;
– de l’inhibition de l’expression de l’angiopoitéine-like protéine 4 ce qui inhibe l’utilisation des acides gras (transformation en énergie) et active la lipogenèse (stockage des acides gras).

Une autre hypothèse concerne une interaction entre le microbiote intestinal et le système immunitaire de l’hôte, qui altérerait ses apports énergétiques. En effet, la moitié des lymphocytes (cellules du système immunitaire, qui font  partie de ce que l’on appelle communément « globules blancs ») sont présents à proximité de l’intestin et donc du microbiote intestinal. Les bactéries pourraient induire une réaction inflammatoire qui modifierait la perméabilité intestinale et donc l’absorption de nutriments : si la membrane est plus perméable, davantage de nutriments peuvent la traverser, ce qui veut dire prise de poids. Cela peut se faire soit de façon locale (directement par les bactéries et leur environnement proche), soit de façon systémique (grâce aux produits bactériens présents dans la circulation sanguine), soit par modification du microbiote intestinal (apparition ou disparition de bactéries, changement des proportions des bactéries).

La présence des bactéries influe aussi sur l’hôte par les constituants bactériens qu’elles libèrent, comme les lipopolysaccharides (LPS) de la membrane externe de certaines bactéries. Lors d’un régime riche en acide gras, la quantité de LPS circulant dans le système sanguin augmente, ce qui contribue à augmenter l’adiposité (excès de graisse), stimuler les réactions inflammatoires et la résistance à l’insuline (provoquant du diabète).

Ainsi, globalement, les bactéries peuvent intervenir dans l’obésité en participant à la régulation du métabolisme de l’hôte (favorisant le stockage des graisses, retardant la sensation de satiété) et en facilitant l’absorption des nutriments (les mieux dégradés sont plus faciles à absorber, la perméabilité intestinale est augmentée).

Perspectives thérapeutiques et de diagnostic de l’obésité

Les études présentées précédemment, qui établissaient des liens entre l’obésité et les bactéries, permettent d’envisager une nouvelle sorte de thérapie ou de diagnostic, passant par ces bactéries.

Certaines ont mis en évidence que de nombreuses bactéries sont présentes uniquement ou très majoritairement chez les personnes obèses et qui présentent des risques de développer des pathologies liées (diabète de type 2, problèmes cardiovasculaires). Des méthodes de diagnostic moléculaire préventives basées sur la détection de ces quelques espèces pourraient être développées pour trouver les personnes prédisposées aux désordres métaboliques, qu’elles soient ou non-obèses.

L’implication des bactéries dans l’obésité peut permettre d’imaginer des traitements à base de bactéries, selon le principe des probiotiques, modifiant le microbiote intestinal pour favoriser les bactéries non-obésogènes. Des études ont mis en évidence que la pose d’un bypass gastrique (opération chirurgicale pour réduire le volume de l’estomac) modifie le microbiote intestinal et permet une perte de poids facilitée. Les mêmes effets d’amincissement sont observés en modifiant la population bactérienne d’une personne par transfert de microbiote intestinal. Cela est une alternative permettant d’éviter une chirurgie très invasive.

La connaissance de plus en plus précise de la composition du microbiote intestinal permet d’envisager le développement d’antibiotiques qui ciblent spécifiquement une bactérie identifiée comme favorisant l’obésité.

En conclusion, l’obésité est aujourd’hui un enjeu majeur de santé publique. Il a été établi que le microbiote intestinal pouvait être impliqué dans son déclenchement ou dans son maintien via de nombreux mécanismes.  Une connaissance toujours plus précise des bactéries intestinales et des mécanismes par lesquelles elles interagissent avec l’hôte permettent d’imaginer de nouvelles formes de diagnostic mais aussi de traitement de l’obésité.

Saviez-vous que les bactéries pouvaient avoir une influence sur la prise de poids et donc sur le surpoids ou l’obésité ? Pensez-vous que de nouvelles thérapies basées sur ces connaissances pourront être développées ?

Ursuline

Sources texte :

– Bäckhed, F. (2010). Addressing the gut microbiome and implications for obesity. International dairy journal, 20(4), 259-261.

– Greiner, T., & Bäckhed, F. (2011). Effects of the gut microbiota on obesity and glucose homeostasis. Trends in Endocrinology & Metabolism, 22(4), 117-123.

– Harley, I. T., & Karp, C. L. (2012). Obesity and the gut microbiome: Striving for causality. Molecular metabolism, 1(1), 21-31.

Gross, M. (2013). Does the gut microbiome hold clues to obesity and diabetes?. Current Biology, 23(9), R359-R362.

– Emmanuelle Le Chatelier et al. – « Richness of human gut microbiome correlates with metabolic markers » – Nature, 29 août 2013

– Gut Microbiota from Twins Discordant for Obesity Modulate Metabolism in Mice – Science sept 2013 // Fighting Obesity with Bacteria – Science sept 2013

– uclouvain.be

– insem.fr

– pourlascience.fr 1 et 2

– futura-sciences 1 et 2

– metrows.fr 1 et 2

Sources images :

– Image 1

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– Image 4

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