Les bactéries intestinales « amies » peuvent éliminer les agents pathogènes en se disputant les ressources énergétiques

De nouvelles recherches menées par des scientifiques de l’UC Davis Health fournissent des indices sur la façon dont les bactéries amicales dans l’intestin – les probiotiques – peuvent aider à éradiquer les agents pathogènes bactériens comme Salmonella en leur faisant concurrence pour les ressources nécessaires.

L’étude, publiée aujourd’hui dans Hôte cellulaire et microbemontre que la disponibilité des nutriments nécessaires ne définit pas à elle seule où les bactéries, y compris les agents pathogènes comme la salmonelle, peuvent survivre et prospérer dans l’intestin.

« Ces informations permettent de mieux comprendre la base nutritionnelle de la colonisation intestinale et peuvent contribuer à éclairer les efforts de développement de probiotiques pour combattre l’infection », a déclaré Megan Liou, titulaire d’un doctorat. candidat au Bäumler Lab de l’UC Davis et premier auteur de l’étude.

Les humains sont limités à l’utilisation de l’oxygène – l’air que nous respirons – pour générer de l’énergie. Les microbes, cependant, ont développé des mécanismes énergétiques qui peuvent « respirer » différents composés et éléments, tels que les nitrates. Ces mécanismes permettent aux microbes de survivre dans de nombreux environnements différents.

Dans l’étude, les chercheurs ont examiné une souche amicale de bactéries, Escherichia coli souche Nissle 1917 (E. coli), et Salmonelle, une souche bactérienne nocive qui peut causer des maladies gastro-intestinales chez les humains et les animaux. (Certaines souches de E. coli peut causer des maladiesmais la plupart sont inoffensifs.)

Les microbes utilisent le nitrate comme source d’énergie

Le nitrate est surtout connu comme conservateur alimentaire, mais c’est aussi une ressource importante pour les microbes intestinaux. Le nitrate provenant de sources alimentaires est absorbé dans l’intestin grêle. Le nitrate est également disponible dans l’intestin en tant que sous-produit des processus métaboliques quotidiens. Il est généralement à des niveaux très bas mais augmente pendant l’inflammation.

Les deux souches de bactéries présentes dans l’intestin utilisent le nitrate comme source d’énergie. Mais les chercheurs ont découvert que Salmonelle ne peut utiliser que le nitrate généré par les phagocytes, un type spécifique de cellules immunitaires que le corps envoie pour réparer les tissus blessés ou infectés.

Le E. coli utilise le nitrate généré à la fois par les cellules intestinales – le tissu épithélial – et les phagocytes, ce qui signifie qu’il peut entrer en compétition avec le Salmonelle pour sa source d’énergie.

Liou a comparé ces différentes sources de nitrates à différents « restaurants » où les microbes peuvent obtenir les ressources dont ils ont besoin pour se développer.

« La capacité de E. coli Nissle de dîner dans des « restaurants » générés par les phagocytes et de concurrencer l’agent pathogène pour les ressources était essentiel pour que le probiotique confère une protection contre Salmonelle« , a déclaré Liou.

Lorsque les chercheurs ont infecté des souris avec Salmonelleil a déclenché l’inflammation attendue dans l’intestin, entraînant l’introduction de cellules immunitaires – les phagocytes – dans la lumière intestinale, la couche qui tapisse les intestins. Salmonelle a pu trouver une niche dans la muqueuse intestinale riche en phagocytes et utiliser exclusivement les nitrates générés par ces cellules immunitaires.

Les capteurs limitent où Salmonelle peut obtenir des ressources dans l’intestin

Un aspect déroutant de la compétition entre les probiotiques E. coli et les pathogènes Salmonelle était pourquoi le Salmonelle n’utilisait pas le nitrate produit par le tissu intestinal sain. Pourquoi a-t-il utilisé exclusivement du nitrate produit par le tissu immunitaire, limitant le nombre d’endroits où il pouvait « dîner » ?

Les chercheurs ont trouvé la réponse dans les capteurs de Salmonelle qui permettent aux bactéries de flairer son environnement et de se déplacer vers un environnement plus favorable, connu sous le nom de récepteurs de chimiotaxie. Ils ont dirigé l’agent pathogène loin du nitrate dérivé de l’épithélium et vers les cellules phagocytaires inflammatoires.

Essentiellement, le Salmonelle n’avait pas de mécanisme de détection qui l’orienterait vers le tissu épithélial sain, même si ce tissu créait également des nitrates. Le probiotique E. coli est dépourvu de récepteurs de chimiotaxie, ce qui lui permet d’occuper les deux niches et de concurrencer l’agent pathogène dans l’environnement privilégié de ce dernier.

« En explorant les » restaurants « à l’intérieur de votre côlon, nos recherches identifient les propriétés des probiotiques qui nous protègent des infections », a déclaré Andreas Bäumler, auteur principal de l’étude. Bäumler est vice-président de la recherche et professeur au Département de microbiologie médicale et d’immunologie de l’UC Davis School of Medicine. « Ces informations permettent de mieux comprendre la base nutritionnelle de la colonisation intestinale et peuvent contribuer à éclairer les efforts de développement de probiotiques pour combattre l’infection. »