Les communautés microbiennes dénommées « microflores commensales  »évoluent durant les différents cycles de la vie. La microflore résidente du tractus gastro-intestinal par exemple représente une communauté de 10 à 100 trillions de bactéries. La colonisation du tractus gastro-intestinal débute dès la naissance par l’acquisition d’une microflore initiale via le vagin et la microflore fécale de la mère, et se développe ensuite par l’assemblage progressif d’une société microbienne complexe et dynamique qui comprend au final 500 à 1000 espèces bactériennes différentes réparties de façon différentielle le long du tractus gastro-intestinal. Un obstacle à leur étude vient de la difficulté d’isolement de ces différentes espèces bactériennes, qui, dans leur grande majorité, ne peuvent pas être propagées une fois extraites des niches écologiques dans lesquelles elles évoluent. En effet, ces niches représentent des environnements très particuliers qu’il est pratiquement impossible de reproduire au laboratoire. De plus, les différentes espèces bactériennes de la microflore intestinale sont assemblées et cohabitent entre elles sous le contrôle d’interactions symbiotiques largement inconnues.

Le groupe dirigé par Jeffrey I. Gordon (Center for Genome, Washington University School of Medicine, Saint-Louis, Missouri, États-unis) a produit une remarquable série d’articles qui ont fait avancer les connaissances sur les bases moléculaires qui soutiennent la fondation et le maintien de la microflore commensale intestinale [ 1]. La biodiversité des espèces bactériennes présentes dans la microflore intestinale a été analysée en recherchant les séquences du gène codant l’ARN ribosomique, un marqueur phylogénétique reconnu. Cela a conduit à mettre en évidence deux classes de bactéries : Bacteroidetes et Firmicutes, et un membre des Archaea, Methanobrevibacter smithii [ 2– 4]. Les relations hôte/microflore ont été examinées par deux approches. La première a utilisé des modèles murins sans microflore intestinale (germ-free), ceux-ci ayant été ensuite colonisés par l’apport de différentes espèces bactériennes cultivables provenant de l’intestin de rongeurs (modèle conventionnel), ou « humanisés  »par l’apport de bactéries cultivables issues de la microflore intestinale humaine [ 5, 6]. La seconde approche a utilisé la bactérie à Gram négatif, anaérobie, Bacteroides thetaiotaomicron [6– 8]. Ces deux approches ont permis de montrer que la microflore intestinale joue un rôle essentiel dans plusieurs processus : l’établissement des plaques de Peyer, l’éducation du système immunitaire, l’établissement de l’épithélium intestinal comme entité anatomique et fonctionnelle par la modulation de la prolifération et de la différenciation des différents types cellulaires constituant la barrière intestinale, la régulation de l’angiogenèse intestinale, et la modulation de l’activité du système nerveux périphérique associé à l’épithélium intestinal. De plus, il a été montré que la microflore intestinale joue un rôle important dans le processus de transformation des nutriments non digestibles.

J.Y. Gordon et al. ont récemment publié deux articles remarquables qui ont fait avancer de façon significative les connaissances sur la relation hôte/microflore intestinale. Ces auteurs ont développé une élégante approche expérimentale en construisant un modèle de poisson-zèbre (Danio rerio) sans microflore [ 9]. Comme chez les rongeurs sans microflore, l’implantation, chez le poisson-zèbre sans microflore, d’une microflore non segmentée de poisson-zèbre élevé dans des conditions conventionnelles accélère le renouvellement cellulaire de l’épithélium intestinal et favorise la différenciation entérocytaire. Une analyse par micro-arrays conduite chez le poisson-zèbre sans microflore et le poisson-zèbre colonisé par une flore de poisson-zèbre révèle que 212 gènes du tractus gastro-intestinal sont régulés par la microflore du poisson-zèbre. De façon intéressante, les auteurs ont montré que 59 des réponses dues à la microflore intestinale poisson-zèbre sont aussi observées lorsque la souris sans microflore est reconstituée avec une microflore de souris. Les gènes régulés codent pour des intermédiaires du métabolisme des nutriments et de l’immunité innée et pour le renouvellement cellulaire épithélial. Partant de ce constat, le groupe de J.Y. Gordon a récemment entrepris l’implantation croisée des microflores poisson-zèbre (Z) ou souris (S) chez le poisson-zèbre et la souris sans microflore afin d’obtenir des modèles Z-poisson-zèbre et S-poisson-zèbre, et des modèles Z-souris et S-souris [ 10]. L’analyse des animaux conventionnalisés S-poisson-zèbre et Z-souris montre que les hôtes opèrent une sélection des espèces microbiennes à partir des microflores intestinales S et Z initiales. Par ailleurs, une analyse génomique GeneChip conduite sur la partie distale de l’intestin grêle des modèles Z-souris et S-souris montre que bien que les microflores poisson-zèbre et souris soient différentes, celles-ci induisent chez la souris une réponse remarquablement similaire : 500 réponses dues à la microflore souris et 525 réponses dues à la microflore poisson-zèbre. La moitié approximativement de ces gènes répond quelle que soit la microflore et 96,4 % de ceux-ci sont régulés de la même façon. Parmi ces gènes, certains codent pour des protéines impliquées dans des fonctions métaboliques : biosynthèse et métabolisme des acides gras, métabolisme des acides aminés essentiels, métabolisme du butyrate, et biosynthèse des acides biliaires. L’ensemble de ces travaux montre que : (1) l’intestin fournit un habitat permettant la sélection d’espèces bactériennes pour la constitution de la microflore intestinale résidente ; (2) que cet habitat constitué de niches écologiques, permet le développement différentiel par mutualisme et symbiose des espèces bactériennes résidentes ; et (3) que la microflore résidente influe sur le développement et la fonctionnalité du tractus gastro-intestinal de l’hôte.