Développement et validation d’un modèle colique in vitro de dysbiose du microbiote intestinal humain associé à l’obésité

Abstract

Introduction et but de l’étude

L’obésité est une maladie multifactorielle à forte prévalence, associée à des facteurs alimentaires, génétiques et environnementaux. De plus en plus d’études ont également mis en évidence un rôle clé du microbiote intestinal, avec des perturbations à la fois de sa composition et sa fonctionnalité chez les patients obèses. Pour des raisons techniques, réglementaires, éthiques et de coût, les modèles in vitro simulant l’environnement digestif humain constituent une alternative pertinente aux essais in vivo, à condition qu’ils soient validés par rapport aux données chez l’Homme. A ce jour, seuls deux systèmes in vitro ont été développés afin de reproduire les conditions rencontrées dans le colon des sujets obèses. Bien qu’inoculés avec des selles de patients, les auteurs n’ont pas rapporté d’adaptations spécifiques des paramètres nutritionnels ou physicochimiques du côlon et les modèles n’ont pas été validés par des corrélations in vitro/in vivo. L’objectif de cette étude est de développer un modèle pertinent de l’environnement physicochimique et microbien du côlon des sujets obèses (IMC > 40) et de le valider par rapport à des données cliniques recueillies dans la littérature.

Matériel et méthodes

Une revue intensive de la littérature a d’abord été effectuée pour adapter les paramètres reproduits par Mucosal Artificial Colon (M-ARCOL), à savoir le pH, le temps de transit et la composition nutritionnelle des effluents iléaux, aux conditions spécifiques rencontrées chez les patients obèses. Puis, afin de valider le modèle nouvellement développé, des fermentations ont été conduites dans le système in vitro paramétré pour reproduire les conditions du côlon de l’Homme sain ou obèse et inoculé avec les selles de quatre volontaires sains (deux hommes et deux femmes, constituant quatre réplicas biologiques). Des échantillons ont été régulièrement prélevés pendant les fermentations pour déterminer la composition du microbiote présent dans la lumière digestive ou adhérent au mucus intestinal, à la fois par PCR quantitative et séquençage 16S. L’activité microbienne a été suivie dans la phase atmosphérique du fermenteur et dans le milieu luminal par mesure des gaz et des acides gras à chaîne courte (AGCC) par chromatographie.

Résultats et analyses statistiques

Lorsque les paramètres obèses ont été appliqués, une diminution significative (p < 0,05) des populations considérées comme marqueurs d’un microbiote sain (Akkermanciaceae, Rikenellaceae et Christensenellaceae) a été observée, à la fois dans la lumière digestive et le mucus. La diversité microbienne était aussi significativement diminuée en condition obèse comparativement à la condition saine. Une disparition des archées méthanogènes a été observée, uniquement dans les bioréacteurs paramétrés avec les conditions obèses, et associée avec une baisse significative (p < 0,05) de la production de méthane dans leur phase atmosphérique. Des changements dans les activités du microbiote intestinal ont également été observés, comme une augmentation de la production totale de gaz et d’AGCC, ainsi que de l’énergie associée, dans les conditions obèses par rapport aux conditions saines. La plupart des changements microbiens (14 sur 21 populations suivies) est parfaitement en accord avec les données observées dans les selles de patients obèses comparativement aux selles de volontaires sains. De même, les variations de la production totale d’AGCC et des ratios acétate/butyrate/propionate ont été validées par rapport à la situation in vivo.

Conclusion

En conclusion, cette étude montre que le M-ARCOL peut reproduire fidèlement les modifications du microbiote intestinal associées à l’obésité, même lorsque le modèle a été inoculé avec des selles de volontaires sains. Ce nouveau modèle pourra être utilisé comme alternative aux essais in vivo sur animaux, lors d’essais précliniques, pour réaliser des études mécanistiques sur le microbiote intestinal. Il permettra l’évaluation de stratégies nutritionnelles ou pharmaceutiques visant à restaurer l’équilibre du microbiote intestinal, telles que des nutriments ou régimes spécifiques, la supplémentation en pré ou probiotiques, ou encore la transplantation de microbiote fécal.