Symbiose microbienne et immunité

Clostridium difficile d’un échantillon de selles Crédit photo: Bibliothèque d’images de santé publique des CDC

Le tractus gastro-intestinal humain (tractus gastro-intestinal) comprend la bouche, le pharynx, l’œsophage, l’estomac, l’intestin grêle et le gros intestin, et est un tube continu de 9 mètres de long; la plus grande surface corporelle exposée à l’environnement extérieur. L’intestin offre des nutriments et une protection aux microbes, leur permettant de prospérer avec une communauté microbienne intestinale de 1014 bactéries bénéfiques et pathogènes, archées, virus et eucaryotes. En retour, beaucoup de ces microbes remplissent des fonctions importantes pour l’hôte, notamment la dégradation des fibres et la production de vitamines, où les microbes intestinaux jouent au moins un rôle dans la production de vitamines telles que A, B2, B3, B5, B12, C, D et K.

Dans l’intestin humain, le système immunitaire entre en contact avec un grand nombre de microbes étrangers, à la fois bénéfiques et pathogènes. Le système immunitaire est capable de protéger l’hôte de ces microbes pathogènes sans déclencher de réponses immunitaires inutiles et nocives aux stimuli. Le microbiote gastro-intestinal a un effet direct sur les réponses immunitaires du corps humain. cela signifie qu’un microbiote régulier est nécessaire pour un système immunitaire sain de l’hôte, car le corps est plus sensible aux maladies infectieuses et non infectieuses.

Régulation des réponses immunitéesmodifier

Les bactéries commensales du tractus gastro-intestinal survivent malgré l’abondance des cellules immunitaires locales. L’homéostasie dans l’intestin nécessite une stimulation des récepteurs de type toll par des microbes commensaux. Lorsque les souris sont élevées dans des conditions exemptes de germes, elles manquent d’anticorps circulants et ne peuvent pas produire de mucus, de protéines antimicrobiennes ou de lymphocytes T muqueux. De plus, les souris élevées dans des conditions exemptes de germes manquent de tolérance et souffrent souvent de réactions d’hypersensibilité. La maturation du tractus gastro-intestinal est médiée par des récepteurs de reconnaissance de formes (PRR), qui reconnaissent les modèles moléculaires associés aux agents pathogènes non auto-pathogènes (PAMP), y compris les composants de la paroi cellulaire bactérienne et les acides nucléiques. Ces données suggèrent que les microbes commensaux aident à l’homéostasie intestinale et au développement du système immunitaire.

Pour prévenir l’activation constante des cellules immunitaires et l’inflammation qui en résulte, les hôtes et les bactéries ont évolué pour maintenir l’homéostasie intestinale et le développement du système immunitaire. Par exemple, le symbionte humain Bacteroides fragilis produit du polysaccharide A (PSA), qui se lie au récepteur de type toll 2 (TLR-2) sur les lymphocytes T CD4+. Alors que la signalisation TLR2 peut activer la clairance des peptides, le PSA induit une réponse anti-inflammatoire lorsqu’il se lie à TLR2 sur les lymphocytes T CD4 +. Grâce à la liaison TLR2, le PSA supprime les réponses TH17 pro-inflammatoires, favorisant la tolérance et établissant une colonisation intestinale commensale.

Les microbes commensaux de l’intestin créent une variété de métabolites qui se lient aux récepteurs des hydrocarbures aryliques (AHR). L’AHR est un facteur de transcription inductible par un ligand présent dans les cellules immunitaires et épithéliales et la liaison de l’AHR est nécessaire pour une activation immunitaire normale, car il a été démontré que l’absence de liaison à l’AHR provoque une activation excessive des cellules immunitaires. Ces métabolites microbiens sont essentiels pour protéger l’hôte d’une inflammation inutile de l’intestin.

Développement de tissus lymphoïdes isolésmodifier

Les microbes déclenchent le développement de follicules lymphoïdes isolés dans l’intestin grêle des humains et des souris, qui sont des sites de réponse immunitaire muqueuse. Les follicules lymphoïdes isolés (ILF) collectent les antigènes à travers les cellules M, développent des centres germinaux et contiennent de nombreuses cellules B. Les bactéries commensales à Gram négatif déclenchent le développement de follicules lymphoïdes inductibles en libérant des peptidogylcanes contenant de l’acide diaminopimélique pendant la division cellulaire. Les peptidoglycanes se lient au récepteur NOD1 sur les cellules épithéliales intestinales. En conséquence, les cellules épithéliales intestinales expriment le ligand chimiokine 20 (CCL20) et la bêta-défensine 3. La CCL20 et la bêta-défensine 3 activent des cellules qui interviennent dans le développement de tissus lymphoïdes isolés, y compris des cellules inductrices de tissus lymphoïdes et des cellules organisatrices de tissus lymphoïdes.

De plus, il existe d’autres mécanismes par lesquels les commensaux favorisent la maturation des follicules lymphoïdes isolés. Par exemple, les produits de bactéries commensales se lient à TLR2 et TLR4, ce qui entraîne la transcription médiée par NF-kB du TNF, nécessaire à la maturation des follicules lymphoïdes isolés matures.

Protection contre les pathogènes

Les microbes peuvent empêcher la croissance d’agents pathogènes nocifs en modifiant le pH, en consommant les nutriments nécessaires à la survie des agents pathogènes et en sécrétant des toxines et des anticorps qui inhibent la croissance des agents pathogènes.

Immunoglobuline AEdit

IgA empêche l’entrée et la colonisation de bactéries pathogènes dans l’intestin. Il peut être trouvé sous forme de monomère, de dimère ou de tétramère, ce qui lui permet de lier plusieurs antigènes simultanément. L’IgA recouvre les surfaces bactériennes et virales pathogènes (exclusion immunitaire), empêchant la colonisation en bloquant leur fixation aux cellules muqueuses, et peut également neutraliser les PAMP. L’IgA favorise le développement des lymphocytes T régulateurs TH17 et FOXP3+. Compte tenu de sa fonction critique dans le tractus gastro-intestinal, le nombre de plasmocytes sécrétant des IgA dans le jéjunum est supérieur à la population plasmatique totale de la moelle osseuse, de la lymphe et de la rate combinées.

Les signaux dérivés du microbiote recrutent des plasmocytes sécrétant des IgA sur les sites muqueux. Par exemple, les bactéries sur les surfaces apicales des cellules épithéliales sont phagocytées par des cellules dendritiques situées sous les plaques de peyer et dans la lamina propria, conduisant finalement à la différenciation des cellules B en plasmocytes qui sécrètent des IgA spécifiques pour les bactéries intestinales. Le rôle des signaux dérivés du microbiote dans le recrutement des plasmocytes sécrétant des IgA a été confirmé dans des expériences avec des souris MyD88 KO et exemptes de pathogènes spécifiques traitées aux antibiotiques, qui ont des commensaux limités et une capacité de réponse réduite aux commensaux. Le nombre de plasmocytes intestinaux CD11b + IgA+ a été réduit chez ces souris, suggérant le rôle des commensaux dans le recrutement des plasmocytes sécrétant des IgA. Sur la base de ces preuves, les microbes commensaux peuvent protéger l’hôte des agents pathogènes nocifs en stimulant la production d’IgA.

Peptides antimicrobiensmodifier

Structure des acides aminés de la nisine Crédit photo: Cacattila

Les membres du microbiote sont capables de produire des peptides antimicrobiens, protégeant les humains contre l’inflammation intestinale excessive et les maladies associées aux microbes. Divers commensaux (principalement des bactéries à Gram positif) sécrètent des bactériocines, des peptides qui se lient aux récepteurs des cellules cibles étroitement liées, formant des canaux et des pores perméables aux ions dans la paroi cellulaire. L’efflux résultant des métabolites et du contenu cellulaire et la dissipation des gradients d’ions provoquent la mort cellulaire bactérienne. Cependant, les bactériocines peuvent également induire la mort en se translocant dans l’espace périplasmique et en clivant l’ADN de manière non spécifique (colicine E2), en inactivant le ribosome (colicine E3), en inhibant la synthèse du peptidoglycane, un composant majeur de la paroi cellulaire bactérienne (colicine M).

Les bactériocines ont un immense potentiel pour traiter les maladies humaines. Par exemple, la diarrhée chez l’homme peut être causée par divers facteurs, mais elle est souvent causée par des bactéries telles que Clostridium difficile. La souche de Microbispora ATCC PTA-5024 sécrète la microbisporicine de bactériocine, qui tue les Clostridies en ciblant la synthèse des prostaglandines. De plus, les bactériocines sont particulièrement prometteuses en raison de leur différence de mécanismes par rapport aux antibiotiques, ce qui signifie que de nombreuses bactéries résistantes aux antibiotiques ne sont pas résistantes à ces bactériocines. Par exemple, la croissance in vitro de S résistant à la méthicilline. aureus (SARM) a été inhibé par la bactériocine nisine A, produite par Lactococcus lactis. La nisine A inhibe le S. aureus résistant à la méthicilline en se liant au précurseur de la synthèse de la paroi cellulaire bactérienne, le lipide II. Cela empêche la capacité de synthétiser la paroi cellulaire, ce qui entraîne une augmentation de la perméabilité de la membrane, une perturbation des gradients électrochimiques et une mort possible.

fucoseEdit de fortification

L’épithélium intestinal chez l’homme est renforcé par des glucides comme le fucose exprimés sur la surface apicale des cellules épithéliales. Bacteroides thetaiotaomicron, une espèce bactérienne de l’iléon et du côlon, stimule le gène codant pour fucose, Fut2, dans les cellules épithéliales intestinales. Dans cette interaction mutualiste, la barrière épithéliale intestinale est fortifiée et les humains sont protégés contre l’invasion de microbes destructeurs, tandis que B. thetaiotaomicron bénéficie en raison de son utilisation du fucose pour la production d’énergie et son rôle dans la régulation des gènes bactériens.

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