Les scientifiques de l’École de médecine de l’Université de Stanford expliquent pourquoi deux pathogènes potentiellement mortels prennent pied dans l’environnement répressif de l’intestin après un traitement antibiotique.
Les chercheurs ont écrit dans le journal que leurs résultats pourraient aider à identifier les moyens de contrer les effets de l’épuisement des « bactéries amies intestinales » après un traitement antibiotique.
Plusieurs pathogènes intestinaux peuvent causer de graves problèmes au cours d’une cure d’antibiotiques. L’auteur principal, Justin Sonnenburg, Ph.D., a déclaré : « Les antibiotiques ouvrent la porte à ces pathogènes, mais comment, exactement, cela n’a pas été bien compris. »
Les auteurs ont expliqué qu’il y a une augmentation significative de la disponibilité des hydrates de carbone dans l’intestin 24 heures après l’administration d’antibiotiques oraux. Ce surplus temporaire de glucides, plus une réduction des « bonnes bactéries » dans l’intestin, permet à au moins deux pathogènes potentiellement mortels de se multiplier rapidement.
Au cours des dix dernières années, les scientifiques ont fait d’énormes progrès pour comprendre ce qui se passe dans « l’écosystème microbien complexe » qui existe dans le gros intestin de tout mammifère sain, y compris les humains.
Environ 1 000 différents types de microbes coexistent harmonieusement dans l’intestin d’un humain sain typique. Ces souches bactériennes qui peuplent cette niche difficile mais riche en nutriments se sont extrêmement bien adaptées, si bien qu’en fait, nous aurions du mal à survivre sans elles.
Les bactéries amies et intestinales synthétisent les vitamines, elles sont essentielles pour guider nos systèmes immunitaires, elles participent au développement et au maintien de nos propres tissus – elles aident même à réguler la tension artérielle.
Les antibiotiques dévastent cet écosystème de microbes intestinaux. Les bonnes bactéries commencent à se multiplier rapidement en quelques jours et, en l’espace d’un mois, elles redeviennent normales. Cependant, selon les auteurs, « l’écosystème semble subir la perte permanente de certaines de ses souches bactériennes constituantes ».
Les scientifiques comparent ces bactéries amicales à une sorte de pelouse qui bat les mauvaises herbes (bactéries pathogènes) à l’engrais riche qui coule à travers notre intestin. Des études antérieures ont suggéré que nos insectes sympathiques sécrètent des produits chimiques qui empêchent les bactéries pathogènes de prendre le contrôle.
Il existe une théorie selon laquelle lorsque notre écosystème microbien interne est perturbé, notre réactivité du système immunitaire en souffre.
Sonnenburg a déclaré :
« Bien que ces hypothèses ne soient pas mutuellement exclusives, notre travail soutient spécifiquement la suggestion que nos microbes résidents tiennent les agents pathogènes à distance en rivalisant pour les nutriments. »
Lorsque ces défenses sont affaiblies, comme cela se produit habituellement peu de temps après le début d’une cure d’antibiotiques, les pathogènes de pillage, tels que la Clostridium difficile, sont capables d’établir des points d’appui.
Dès que ces deux envahisseurs parasitaires se sont multipliés en nombre suffisant, ils induisent une inflammation. Bien que l’inflammation ne soit pas un bon environnement pour la restauration de bonnes bactéries, la salmonelle y prospère.
Sonnenburg et ses collègues se sont concentrés sur deux nutriments particuliers dans l’intestin – le fucose et l’acide sialique – qui appartiennent à la famille des sucres. Ce ne sont pas des sucres que la plupart des gens connaissent, mais ils sont vitaux pour une survie saine et sont produits dans chaque cellule du corps humain. On les trouve également dans les produits laitiers, les œufs et la viande.
Les bactéries intestinales mangent du mucus
Les cellules qui tapissent l’intestin extrudent de longues chaînes de sucres familiers et exotiques qui sont reliés entre eux pour former du mucus.
Le mucus a deux fonctions :
- il empêche les microbes résidents de passer à travers la paroi intestinale dans le flux sanguin
- c’est une source alimentaire vitale de plusieurs sucres, y compris l’acide sialique et le fucose, pour les microbes résidents
Sonnenburg a déclaré : « Nos microbes intestinaux sont devenus très habiles à manger du mucus. »
Sonnenburg et ses collègues ont expérimenté des souris de laboratoire qui avaient été élevées dans un environnement exempt de germes. Ces souris étaient très différentes des souris normales – leurs intestins n’avaient pas de bactéries.
Les scientifiques ont introduit une seule souche bactérienne dans ces animaux sans germes, une bactérie sympathique qui réside dans l’intestin des souris et des humains normaux. Elle a des enzymes qui extraient les molécules de sucre des chaînes de mucus qui pendent de la muqueuse intestinale. Cependant, elle manque des enzymes pour décomposer les molécules qui composent l’acide sialique.
Il peut sembler inutile de détacher les molécules de sucre qui sont incapables de se décomposer pour la nourriture. Cependant, dans un intestin normal, plusieurs autres microbes peuvent détruire les molécules d’acide sialique et de fucose. Un intestin normal est plein de microbes qui peuvent couper les aliments qui ne peuvent pas mais ont besoin.
Les auteurs appellent cela un système de troc, les écologistes appellent cela la symbiose. (Peut-être détachent-ils ces résidus de sucre pour accéder à d’autres résidus de sucre comestibles en dessous.)
C. difficile, une cause commune de
diarrhée associée aux antibiotiques
Dans un certain nombre d’expériences, les scientifiques ont introduit l’une ou l’autre souche de Salmonella dans les souris précédemment exemptes de germes qui avaient été chargées avec. Ces deux souches bactériennes sont potentiellement mortelles lorsqu’elles provoquent une maladie chez les patients recevant des antibiotiques. Elles consomment également de l’acide sialique pour l’énergie, mais ne peuvent pas le détacher du mucus intestinal.
Après avoir découvert qu’elles étaient incapables de détacher le fucose ou de le consommer, l’équipe s’est concentrée sur la façon dont les deux agents pathogènes utilisaient l’acide sialique.
Les scientifiques simulent un écosystème de microbes intestinaux décimés par les antibiotiques
En introduisant un pathogène et une souche bactérienne commensale dans l’intestin des souris anciennement sans germes, les chercheurs ont pu démontrer que les niveaux d’acide sialique augmentaient considérablement en l’absence d’un écosystème intestinal microbien complet qui aurait arrêté ces niveaux de montée en flèche. Le fait d’avoir une seule souche de bonne bactérie dans l’intestin de la souris était une approximation d’un écosystème de microbes intestinaux décimés par les antibiotiques.
Les deux souches se répliquaient plus rapidement en présence de ces sucres et aucun autre microbe concurrent. Cela a créé un surplus d’acide sialique, qui était un régal pour la souche pathogène.
Les scientifiques ont ensuite observé les effets des antibiotiques sur les souris « normales » avec des écosystèmes intestinaux. Ils ont signalé la même augmentation de l’acide sialique et une explosion de la population de bactéries pathogènes. Si les souris ont été traitées uniquement avec des antibiotiques et qu’elles n’ont pas été exposées aux agents pathogènes, les taux d’acide sialique sont revenus à la normale en l’espace d’environ trois jours, car de bonnes bactéries ont commencé à se rétablir.
Sonnenburg a déclaré :
« Les méchants dans l’intestin récupèrent des nutriments qui ont été libérés par les gentils, qui sont victimes des dommages collatéraux causés par les antibiotiques. Les antibiotiques causent à nos bactéries intestinales sympathiques d’aider involontairement ces agents pathogènes.
Nous croyons que les pathogènes bactériens dans l’intestin provoquent la maladie en deux étapes. D’autres ont montré qu’une fois que ces agents pathogènes atteignent un nombre suffisant, ils utilisent des tricks déclencheurs d’inflammation pour éliminer nos microbes sympathiques résidents – sans frais pour les agents pathogènes eux-mêmes, car ils ont évolué pour y faire face. Mais d’abord, ils doivent surmonter un obstacle critique : en l’absence de l’inflammation qu’ils tentent d’induire, ils doivent en quelque sorte atteindre cette masse critique. Notre travail montre comment ils s’y prennent après une dose d’antibiotiques. Ils profitent d’un pic temporaire dans les sucres disponibles libérés du mucus intestinal laissé par les microbes commensaux tués. «
L’équipe croit que nous pourrions un jour créer un médicament qui inhibe les enzymes utilisées par les bactéries intestinales amicales pour libérer l’acide sialique du mucus, privant ainsi les agents pathogènes de leur fête. Le médicament pourrait alors être administré en même temps que des antibiotiques. Ils ont ajouté que les probiotiques sous la forme de souches bactériennes qui digèrent rapidement l’acide sialique pourraient également produire un effet similaire.
L’étude a été financée par le Burroughs Wellcome Fund et les National Institutes of Health (subvention R01-DK085025).
Perspectives et avancées futures
À la lumière des recherches récentes, il est devenu évident que la santé intestinale est profondément influencée par nos choix antibiotiques. La compréhension des interactions entre nos microbes intestinaux et les pathogènes ouvre la voie à des stratégies préventives innovantes. Des études montrent que l’administration de prébiotiques et de probiotiques pendant le traitement antibiotique pourrait réduire l’incidence des infections intestinales. De plus, de nouvelles approches thérapeutiques visant à restaurer la diversité microbienne pourraient s’avérer cruciales. Par conséquent, l’éducation sur l’utilisation prudente des antibiotiques et la promotion de la santé intestinale devraient être des priorités dans la pratique médicale moderne.
Des recherches en cours explorent également l’utilisation de médicaments ciblant spécifiquement les mécanismes d’inhibition des pathogènes, tout en préservant les bactéries bénéfiques. Ces avancées pourraient révolutionner notre approche des infections liées aux antibiotiques et redéfinir la manière dont nous gérons la santé intestinale à l’échelle mondiale.
