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La fonction digestive du microbiote

Par Anne Florimond Dernière modification 06/11/2018 20:24
Les interactions sont nombreuses entre le bol alimentaire, le microbiote intestinal et son hôte. On propose ici une activité exploitant différentes ressources documentaires autour des fonctions métaboliques du microbiote intestinal, déclinée en deux variantes : une tâche complexe OU un QCM. Pour les initiés, une variante impliquant les élèves dans la construction d'un modèle numérique est proposée.

 

 La base documentaire pour cette activité  

 Document 1 : Densité et activités des bactéries du colon

 densité microbiote tractus digestif

 

 Les différents segments de l'appareil digestif et la densité des bactéries du microbiote (en nombre par gramme de contenu) dans chacun des segments

 

adapté d'après Sartor RB, Gastroenterology, 2008

 

  • Ce que nous ingérons suit un long parcours qui commence dans la bouche, se poursuit dans l'estomac, puis l'intestin dont la plus grande partie est représentée par l'intestin grêle (en vert sur le schéma ci-contre) avec ses 8 mètres de long. La paroi de l'intestin grêle est tapissée de villosités où se produit le passage dans la circulation sanguine des nutriments issus de la digestion.  La portion terminale de l'intestin est le colon (en rouge sur le schéma ci-contre). C'est là qu'on trouve la plus grande densité de bactéries du microbiote
  • Depuis quelques années, les scientifiques se sont penchés sur le rôle joué par le microbiote colique dans la digestion et l'absorption.
  • Nos propres enzymes ne permettent pas la digestion de la totalité des protides et glucides que nous ingérons. La partie non digérée -en particulier les   fibres alimentaires- se retrouve dans le colon, où le microbiote colique entre en action. Des réactions de fermentation portant sur ces glucides et protides permettent aux bactéries d’obtenir l’énergie nécessaire à leur croissance et entrainent de ce fait la production d’une diversité de nutriments qui sont absorbés et utilisés par l’hôte.
  • Les lipides non absorbés dans l’intestin grêle subissent eux aussi des transformations opérées par les bactéries du microbiote colique, qui jouent donc un rôle important dans le métabolisme des graisses.
  • En plus des glucides, des protéines et des lipides, de nombreux microconstituants sont présents dans les aliments que nous consommons. Une part importante parvient au côlon où ils sont transformés par le microbiote. Cela permet la détoxication de composés potentiellement nocifs.

 

Document 2 :  Les observations chez des animaux d'élevage qui n'ont pas de microbiote

 Extrait du livre "Le charme discret de l'intestin" (Giulia Enders, éditions Acte Sud, avril 2015)

"Ces souris stériles1 sont un peu bizarres (...). Par rapport à leur congénères "habitées", elle mangent plus2 et mettent plus de temps à digérer. Elles ont des appendices énormes, des intestins rabougris, sans villosités (...). En leur injectant un cocktail de bactéries3 provenant d'autres souris, on peut observer des effets étonnants. Quand on leur administre des bactéries de sujets diabétiques (de type 2), les souris de laboratoire développent rapidement les  premiers problèmes de métabolisation des sucres. Quand on leur administre les bactéries intestinales de sujets en surpoids, leur tendance à l'embonpoint augmente aussi".

 1 L'auteur fait référence à des souris de laboratoire dépourvues de microbiote (naissance stérile par césarienne, cages désinfectées au chlore et alimentation à la vapeur, souffle d'air filtré). De tels animaux, vides de tout germe, n'existent pas dans la nature. 

2 Des publications scientifiques précisent que des rongeurs sans microbiote ont besoin de 30% de calories supplémentaires pour maintenir leur masse corporelle par rapport à des animaux témoins.

3 L'auteur fait référence à des expériences de transfert de microbiote d'un animal à un autre. Le protocole de transfert de microbiote est redevable à Jeffrey Gordon au début des années 2000. Pour que des bactéries colonisent l'intestin de souris axéniques, il faut diluer dans de l'eau les selles de souris normales puis pulvériser le mélange obtenu sur le pelage des souris axéniques. En se léchant, ces dernières avalent les bactéries qui se retrouvent donc dans leur propre intestin. L'affaire est dans le sac !   

Document 3 : expérimentations et mesures

 exp1

 Taux d'augmentation de la masse grasse de souris initialement sans microbiote après 2 semaines de colonisation par un microbiote provenant de souris minces ou obèses

 

 exp2
 

Prise de poids occasionnée par un régime riche en graisses chez des souris stériles (= sans microbiote) et des souris "habitées" (= avec microbiote)

Source : modifié d'après The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage (Fredrik Bäckhed, Hao Ding, Ting Wang, Lora V. Hooper, Gou Young Koh, Andras Nagy, Clay F. Semenkovich, and Jeffrey I. Gordon), PNAS novembre 2004

 

Enoncé de la tâche complexe

Camille a lu dans une revue qu'il y aurait 100 000 milliards de bactéries vivant dans notre intestin ! Cela lui parait énorme, il se demande à quoi elles peuvent bien servir et si on héberge tous les mêmes bactéries. Intrigué, il s'est porté volontaire pour faire un exposé en classe. Son professeur lui confie quelques documents pour préparer son exposé.

À partir des documents fournis, aide Camille à démontrer les bienfaits du microbiote intestinal pour la fonction digestive de l'homme et à prouver que le microbiote est différent d'un individu à un autre.

 

 J'ai réussi si :

  • je peux identifier plusieurs rôles du microbiote dans la fonction digestive.
  • je peux argumenter les rôles du microbiote à partir de faits expérimentaux.
  • je peux identifier la (les) preuve(s) de différences d'un microbiote à un autre.

Voir un exemple de réponse

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Enoncé de l'activité sous la forme de QCM  

Document 1 : Densité et activité des bactéries du colon

Choisis la réponse exacte pour chaque série de propositions.

1. Les bactéries du microbiote intestinal :

     sont plus abondantes dans l'intestin grêle, en relation avec leur rôle dans la fermentation des  molécules non digérées.
  sont plus abondantes dans le colon, en relation avec leur rôle dans la fermentation des  molécules non digérées.
   sont moins abondantes dans l'intestin grêle, en relation avec la fonction d'absorption de l'intestin grêle.
   sont de moins en moins abondantes du premier segment au dernier segment de l'intestin.

 

 2. Les bactéries du microbiote du colon sont essentielles : 

  uniquement pour la digestion des glucides et des protides.
  pour achever la digestion des glucides, lipides et protides et permettre des détoxications.
   pour consommer les nutriments dont l'homme a besoin.

 

Document 2 : Les observations chez les animaux d'élevage qui n'ont pas de microbiote

 Choisis la réponse exacte pour chaque série de propositions.

1. Les caractéristiques d'animaux d'élevage sans microbiote montrent que : 

  la vie est impossible sans microbiote.
  le microbiote est utile pour extraire l'énergie des aliments.
  le microbiote empêche d'extraire l'énergie des aliments.

 

2. Les résultats d'expériences de transfert de microbiote prouvent que :

  des individus de la même espèce peuvent avoir des microbiotes différents.
  il n'y a pas de lien entre la composition du microbiote et l'obésité.
  il n'y a pas de lien entre la composition du microbiote et le diabète de type 2.

 

 Document 3 : Expérimentations et mesures

Choisis la réponse exacte pour chaque série de propositions.

1. Si le donneur de microbiote est une souris obèse :

     la souris receveuse engraisse moins qu'avec un don de microbiote de souris normale.
  la souris receveuse engraisse deux fois plus qu'avec un don de microbiote de souris normale.
  la souris receveuse ne connait pas d'augmentation de sa masse grasse.

 

2. Dans le cas d'un régime riche en graisses :

. l'absence de microbiote favorise la prise de poids.
  l'absence de microbiote limite la prise de poids.
  le microbiote n'a pas d'influence sur la prise de poids.

 

3. Ces expérimentations suggèrent que :

 . le microbiote joue un rôle dans le métabolisme de l'organisme
  le microbiote est le même d'un individu à l'autre.
  le microbiote favorise la digestion des protides et des glucides.


Voir un exemple de réponse

Variante : modéliser les expériences de transfert de microbiote 

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