Dégardation des fibres alimentaires
Au niveau du côlon, se trouvent des fibres alimentaires qui n’ont pas encore été dégradées. C’est alors qu’intervient notre microbiote colique. Penchons-nous sur le fonctionnement du microbiote dans la dégradation alimentaire.
La dégradation des fibres alimentaires dans le côlon est possible grâce à l'installation d’un réseau trophique qui s'installe entre les bactéries présentent. A ce stade du tractus, on retrouve de nombreuses fibres alimentaires qui n’ont pas été digérées dans l’intestin grêle.
Schéma réalisé par Maéva Ciardelli
Ces fibres renferment de l'énergie stockée sous forme de polyoside, de minéraux et de vitamines. Il est donc très intéressant pour l'organisme que les fibres soient prisent en charge par les milliers de bactéries coliques.
Une organisation remarquable en réseau trophique
Les bactéries de notre microbiote se distinguent par leurs caractéristiques. Certaines de ces bactéries sont capables de sécréter des enzymes qui métabolisent ces fibres. Ces enzymes, n’étant pas sécrétées par l’Homme ne sont pas dégradées au niveau du côlon.
La cohabitation de tous ces microorganismes a entraîné la mise en place d’une organisation particulière appelée chaîne trophique.
Schéma réalisé par Maéva Ciardelli
Pour bien comprendre à quoi correspond le principe de réseau trophique, prenons pour exemple la chaîne alimentaire. Celle-ci est une chaîne trophique par excellence.
Les producteurs primaires sont mangés par les premiers consommateurs, les herbivores, qui sont eux même mangés par les consommateurs secondaires, les carnivores.
Dans le cas du microbiote, les premières bactéries à entrer en action dans la chaîne trophique, sont les bactéries fibrolytiques qui initient le réseau. Chacune des espèces joue un rôle dans le bon fonctionnement de l'écosystème, et chacune y trouve son compte.
C’est l’interrelation entre différents organismes vivants, qui respecte le schéma suivant : un micro-organisme se nourrit des produits formés par un autre micro-organisme, qui lui-même se nourrit des produits d’un tiers micro-organisme.
Schéma réalisé par Pascale Mosoni, INRAE, 2014
Premier niveau trophique
On y retrouve les bactéries fibrolytiques, ce sont elles qui initient le processus de dégradation des fibres alimentaires. Elles ont la capacité de sécréter les enzymes nécessaires pour la dégradation des polyosides complexes. Puis ces bactéries métabolisent les oses qu’elles ont produits, cela leur apporte l’énergie nécessaire à leur croissance.
Ces bactéries fibrolytiques représentent un niveau de population élevé. Elles sont surtout représentées par des espèces appartenant aux deux phyla bactériens majeurs, Bacteroides et Firmicutes.
Le niveau intermédiaire
Il est constitué de communautés bactériennes glycolytiques qui fermentent uniquement les oses produits par les bactéries du niveau supérieur.
La fermentation de ces bactéries aboutit à la formation de produits intermédiaires tels que le lactate, succinate, formate.
Les produits intermédiaires sont traités à leur tour, et ainsi de suite jusqu’à obtenir des produits finaux de fermentation tels que des acides gras à chaîne courte et des gaz de fermentation.
Fonction métabolique du microbiote intestinal
Le dernier niveau
Sur ce niveau trophique se trouve des micro-organismes capables de traiter les gaz de fermentation.
Tableau des principales bactéries fibrolytiques
Désormais, nous comprenons la structure de cet écosystème que représente notre microbiote. Intéressons-nous plus en détail à la métabolisation par le microbiote de ces différentes macromolécules.
Comme dit précédemment le microbiote colique est capable de sécréter des enzymes qui métabolisent les fibres non-digestibles par l’Homme. Le produit des réactions enzymatiques aboutit à des métabolites. Ceux-ci sont utilisés par l’hôte comme source d’énergie.
Le processus de fermentation va conduire à la formation d’acides organiques et de gaz à partir des sucres complexes non digérés. Les polysaccharides, que l’on trouve dans les fruits, les légumes, les céréales, sont constitués de longues chaînes de sucres complexes.
Les polymères sont d’abord dégradés en plus petites chaînes glucidiques par des hydrolases produites par des bactéries fibrolytiques (cf premier niveau trophique). Ces fragments de sucres vont par l’intermédiaire des bactéries glycolytiques, être utilisés dans la voie de la glycolyse et ainsi former du pyruvate. Ce dernier est transformé en acides gras à chaînes courtes tels que l’acétate, le propionate et le butyrate (voir).
Métabolisme des glucides
Molécule de méthane
Molécule de sulfure
Molécule d'acétate
Une grande quantité d’hydrogène est présente dans le côlon suite aux différents processus fermentaires. Une partie de l’hydrogène est éliminée par voie pulmonaire et par les gaz rectaux, mais la majorité est métabolisée par les micro-organismes du microbiote dits hydrogénotrophes.
Il existe trois types de voies métabolique qui sont utilisées:
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Production d’acétate
Ce sont les bactéries acétogènes qui sont capables de transformer le dioxyde de carbone en acétate. Ainsi que des archées méthanogènes, présentes chez 40 % des adultes.
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Production de méthane
Des bactéries hydrogénotrophes, cela signifie qu'elles sont capables de réduire le dioxyde de carbone en méthane.
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Production de sulfure
Des bactéries sulfatoréductrices qui transforment les sulfates en sulfure d’hydrogène, gaz inflammables et incolors à l'odeur caractéristique d'œuf pourris.
Métabolisme des gaz
Les protéines sont également transformées pour obtenir des AGCC. C’est le phénomène de putréfaction qui se produit. La putréfaction, en plus de produire des AGCC, forment des corps aromatiques, potentiellement toxiques pour l’hôte.
Plusieurs espèces bactériennes aux activités complémentaires interviennent pour qu’il y ait biodégradation des protéines.
Premièrement, les bactéries dites protéolytiques vont hydrolyser les protéines en petits peptides grâce à leur activité protéasique. Par la suite des espèces capables d’assimiler ces peptides vont les transformer en acides aminés libres. La fermentation des acides aminés par des réactions d’oxydation et de réduction aboutit à la production d’AGCC : acétate, propionate et butyrate (les mêmes produits issus du métabolisme des glucides).
En plus, des AGCC, sont produits de l’ammoniaque et d’autres composés potentiellement toxiques pour l’hôte, qui vont être rapidement traités par notre organisme et éliminés dans les urines.
L’ammoniaque peut aussi être utilisé comme source d’azote par des bactéries capables de l’utiliser pour la synthèse d’acides aminés.
Métabolisme des protéines
Métabolisme des lipides
Le microbiote colique joue un rôle important dans notre digestion. Il assure la digestion des fibres alimentaires qui n’ont pas été traitées dans l’intestin grêle. L’ensemble des enzymes qui agissent sur ces fibres rendent bioaccessible différentes ressources piégées dans les fibres non-digestibles par l’homme comme par exemple de l'énergie, des minéraux et vitamines. Le principe de chaîne trophique est le plus avantageux dans la mise en place d’un écosystème stable et efficace. Les produits terminaux de cette chaîne trophique sont les acides gras à chaîne courte, qui ont des effets bénéfiques sur notre santé, à tel point que nous y avons consacré un article (voir).
Pour aller plus loin
Le réseau trophique est stable lorsqu’il y a un équilibre entre chaque type de microorganismes.
Que se passe-t-il si un des microorganismes venait à prendre le dessus sur les autres ?
Quelles conséquences (voir) ?