Alimentation et propriétés anti-inflammatoires du microbiote - Activité
Activité proposée sur les propriétés anti-inflammatoires du microbiote lors d'une infection grippale :
Document 1 de référence : régime alimentaire et survie à l'infection par le virus de la grippe chez la souris
Afin d'explorer le rôle de l’alimentation et en particulier des fibres alimentaires dans le contrôle de l'inflammation pathologique responsable des formes sévères de la grippe, des souris sont élevées avec un régime pauvre en fibres (groupe contrôle) ou complété par de l'inuline (fibre). Ensuite, les souris ont été exposées au virus de la grippe par voie intranasale et leur taux de survie a été suivi au cours du temps.
L’étude des tissus pulmonaires montre que les souris ayant reçu le régime riche en fibres, présentent moins de lésions des tissus dues à une réaction inflammatoire importante induite par la grippe.
D’après Aurélien Trompette et al., Dietary Fiber Confers Protection against Flu by Shaping Ly6c− Patrolling Monocyte Hematopoiesis and CD8+ T Cell Metabolism, Immunity, 2018.
1) A partir de ce document, décrivez les effets d’un régime alimentaire riche en fibres sur le taux de survie des souris infectées par le virus de la grippe, en déduire une problématique scientifique.
Document 2 : alimentation, digestion et microbiote
Depuis quelques années, les scientifiques se sont penchés sur le rôle joué par le microbiote présent dans le colon 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 retrouvent dans le colon, où le microbiote entre en action. Des réactions de fermentation portant sur ces glucides et protides sont réalisées par les bactéries ce qui leur permet d’obtenir l’énergie nécessaire à leur croissance. Ces réactions entraînent également la production d’une diversité de métabolites tels que le butyrate ou l’acétate qui peuvent être absorbés et passent dans la circulation sanguine. Le butyrate est un composé produit par les bactéries Bacteroidetes du microbiote intestinal.
Ci-contre la densité des bactéries du microbiote dans l'appareil digestif.
Source : Ifé, site Acces, https://acces.ens-lyon.fr/acces/thematiques/immunite-et-vaccination/formations/2019-microbiote
Aide pour comprendre le lien entre alimentation et microbiote :
https://www.reseau-canope.fr/corpus/video/le-microbiote-et-son-role-sur-la-digestion-231.html
2) A partir du document 2, proposez une hypothèse en réponse à la problématique.
Document 3 : Effet du régime alimentaire riche en fibres sur le microbiote intestinal
On cherche à étudier l’évolution de la composition du microbiote intestinal suite à un régime enrichi en fibres. Il est possible de modéliser l’évolution de microbiote du colon avec un régime alimentaire riche en fibres, à l’aide du logiciel Netbiodyn en s’appuyant sur le modèle proposé sur le lien suivant :
Source : Ifé, site Acces, groupe Immunité et vaccination.
3) A partir du logiciel NetBioDyn, du modèle fourni et des informations scientifiques sur le devenir des fibres dans l'intestin, modélisez l’évolution de la population bactérienne de l’intestin pour une alimentation pauvre en fibres puis pour une alimentation riche en fibres. Une fiche méthode « Modéliser l’évolution du microbiote en fonction du régime alimentaire » est à votre disposition.
Fiche méthode « Modéliser l’évolution du microbiote en fonction du régime alimentaire »
Ouvrez le modèle « microbiote intestinal » avec le logiciel NetBioDyn, il se présente de la façon suivante :
1. Utilisez les entités suivantes : les entités sont les agents participants à la modélisation
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Entités utiles à la modélisation |
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bactérie 1 |
bactérie du groupe 1 (il s'agit des Firmicutes) appartenant aux communautés bactériennes vivant en harmonie dans l'intestin. |
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bactérie 2 |
bactérie du groupe 2 (il s'agit des Bacteroidetes) appartenant aux communautés bactériennes vivant en harmonie dans l'intestin. |
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bactérie 3 |
bactérie du groupe 3 (il s'agit des Proteobacteria et des Actinobacteria, moins abondantes que les Firmicutes et les Bacteroidetes) appartenant aux communautés bactériennes vivant en harmonie dans l'intestin. |
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résidu-aliment |
Résidu alimentaire issu de l’alimentation de l’organisme hôte |
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fibre |
Fibre fermentescible issue de l’alimentation de l’organisme hôte |
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butyrate |
Métabolite produit |
Ajoutez les 3 dernières entités qui ne sont pas présentes dans le modèle initial.
2. Utilisez les comportement suivants : les comportements sont des règles qui doivent être suivies par le modèle.
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Nom du comportement |
Description du comportement |
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multip-bact-1 multip-bact-2 multip-bact-3 |
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multip-bact-2-fibre |
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Supprimez les comportements non présent dans le tableau ci-dessus et ajoutez le dernier comportement.
3. Modifiez si besoin le nombre d’entités concernant l’alimentation avec l’icône « stylo » ou l’icône « gomme » ajoutez ou supprimez les entités résidu-aliment et fibre dans l’intestin puis lancez (4) la modélisation pendant environ 500 tours. Réinitialisez le modèle pour le relancer avec une alimentation initiale différente.
Document 4 : Effet d’un régime riche en fibre et du butyrate sur la réaction inflammatoire induite par la grippe
Les variations dans le poumon, du nombre de cellules responsable de la réaction inflammatoire intervenant dans la réaction immunitaire, ont été étudiées chez la souris suite à l’infection par le virus de la grippe, en fonction du régime alimentaire (riche en fibres ou non) :
Figure A : nombre de cellules responsables de la réaction inflammatoire chez la souris au cours des jours qui ont suivi l’infection par le virus de la grippe (chez les souris contrôles et les souris qui ont eu une alimentation riche en fibres pouvant être fermentées par les bactéries intestinales).
Figure B : Nombre de cellules responsables de la réaction inflammatoire (neutrophiles : Neu), chez les souris nourries avec de l’eau et chez les souris nourries avec une solution contenant du butyrate, 5 jours après infection par le virus de la grippe.
Les étoiles indiquent que la différence entre les valeurs est significative.
Les mesures ont été réalisées au niveau du fluide produit au niveau des bronches ou alvéoles pulmonaires.
D’après Aurélien Trompette et al., Dietary Fiber Confers Protection against Flu by Shaping Ly6c− Patrolling Monocyte Hematopoiesis and CD8+ T Cell Metabolism, Immunity, 2018.
4) A partir de l’ensemble des documents et de la modélisation réalisée, rédigez un texte argumenté répondant à la problématique.
Exemples de résultats obtenus sur Netbiodyn :
État initial du modèle :
Exemple de simulation pour une alimentation sans fibre :
Bleu foncé : bactérie 1
Rose : bactérie 2
Bleu clair : bactérie 3
Exemple de simulation pour une alimentation riche en fibres :
Bleu foncé : bactérie 1
Rose : bactérie 2
Bleu clair : bactérie 3
Jaune : butyrate
Violet : fibres
Remarque : il est possible de réaliser une différenciation sur l’utilisation du logiciel en créant un modèle de secours avec les paramètres modifiés pour les élèves en difficulté qui n’auront pas à modifier le modèle mais feront seulement les simulations.
Vidéo d’aide à l’utilisation du modèle sur Netbiodyn : https://tube-outremer.beta.education.fr/videos/watch/350fca9d-9006-4f27-a89e-64e38f323eaf