microbiote’:’les’dysbioses’...
TRANSCRIPT
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
MICROBIOTE l’ensemble des micro-‐organismes présents dans le tube digesFf
Bactéries Virus (Phages)
MICROBIOTE l’ensemble des micro-‐organismes présents dans le tube digesFf
Bactéries Virus (Phages)
MICROBIOTE l’ensemble des micro-‐organismes présents dans le tube digesFf
Bactéries Virus (Phages) Champignons
MICROBIOTE l’ensemble des micro-‐organismes présents dans le tube digesFf
Bactéries Virus (Phages) Champignons Archaea
MICROBIOTE l’ensemble des micro-‐organismes présents dans le tube digesFf
Bactéries Virus (Phages) Champignons Archaea
3 obstacles pour l’étude du microbiote
Bactéries Virus (Phages) Champignons Archae
Obstacle n° 1 CONDITIONS DE CULTURE
EXTRÊMES
3 obstacles pour l’étude du microbiote
Fraction cultivable 20 % du microbiote intestinal"
è Technologies indépendantes de la culture"
Fraction cultivable 20 % du microbiote intestinal"
Obstacle n° 2 LES GRANDS NOMBRES
3 obstacles pour l’étude du microbiote
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
3 obstacles pour l’étude du microbiote
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
Nutriments Acides biliaires
XenobioLques
Bacteries
sIgA
Epithélium
IgA
JoncLons serrées
Cellules spécialisées Paneth, M
Milieu
Mucus
Virus
PepLdes anL-‐microbiens
Bactériocines Quorum sensing
Nutriments Acides biliaires
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
1. Mise en place composition 2. Stabilité - Variation / Résilience 3. Fonctions
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
From Rawls et al., Cell 2006
From Rawls et al., Cell 2006
ComposiFon du microbiote sous contrôle de déterminants généFques
TransplantaFons réciproques de microbiote
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
1. Mise en place composition 2. Stabilité - Variation / Résilience 3. Fonctions
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
1. Mise en place composition 2. Stabilité - Variation / Résilience 3. Fonctions
Le microbiote intesFnal humain
Abondance : 1014 bactéries Diversité : ~ 1000 espèces
Notre autre génome
Le microbiote intesFnal humain
Abondance : 1014 bactéries Diversité : ~ 1000 espèces
Notre autre génome
La somme de tous les ADNs bactériens = Métagénome
Le microbiote intesFnal humain
Abondance : 1014 bactéries Diversité : ~ 1000 espèces
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
Turnbaugh et al., Nature 2008 MetaHIT Project ; Qin et al , Nature 2010
Seulement 2% des phylotypes sont partagés par plus de 50% des individus
Mais noyau foncLonnel important
DescripFon d’un noyau foncFonnel bactérien
38% des gènes bactériens sont partagés par >50% des individus (9% partagés par > 80%)
Nous sommes tous assez
semblables
Turnbaugh et al., Nature 2008 MetaHIT Project ; Qin et al , Nature 2010
Seulement 2% des phylotypes sont partagés par plus de 50% des individus
Mais noyau foncLonnel important
DescripFon d’un noyau foncFonnel bactérien
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
DescripFon d’un noyau foncFonnel bactérien
Turnbaugh et al., Nature 2008 MetaHIT Project ; Qin et al , Nature 2010
Seulement 2% des phylotypes sont partagés par plus de 50% des individus
Mais noyau foncLonnel important
à Connaître ces foncLons
Turnbaugh et al., Nature 2008 MetaHIT Project ; Qin et al , Nature 2010
Seulement 2% des phylotypes sont partagés par plus de 50% des individus
Mais noyau foncLonnel important
• 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
FoncFons métaboliques
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
Microbiote confère le phénotype
Phénotype obèse
Dysbiose
ob/ob
Transfert microbiote
Microbiote confère le phénotype
Sauvage
Sauvage
Exemple : souris KO TLR5
Vigay-‐Kumar et al. Science 2010
Développent un ‘syndrome métabolique’
Microbiote confère le phénotype
TransplantaFons réciproques de microbiote
TLR 5 KO
Dysbiose
Microbiote confère le phénotype
TransplantaFons réciproques de microbiote
TLR 5 KO
Transfert microbiote
Dysbiose
Sauvage
Microbiote confère le phénotype
TransplantaFons réciproques de microbiote
TLR 5 KO
Transfert microbiote
Syndrome métabolique chez souris sauvages
Dysbiose
Sauvage
• Stéatoses et stéatohépatites dysmétaboliques
• Hépatite alcoolique
• Cirrhose (CHC)
• ‘Syndrome métabolique’
FoncFons métaboliques
• 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
RAG2-/- and T-bet -/-
TRUC model
Colite + Antibiotiques
Colites chez les descendants TRUC
Garrett et al. Cell 2007
Microbiote colitogénique
Colite spontanée
RAG2-/- and T-bet -/-
TRUC model
Colite chez WT TRUC
+
WT
WT
WT
Co-housing
Garrett et al. Cell 2007
Microbiote colitogénique
Colite spontanée
RAG2-/- and T-bet -/-
TRUC model
TRUC
+
WT
WT
WT
Co-housing
transmission horizontale
Microbiote colitogénique
Garrett et al. Cell 2007
Microbiote colitogénique
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