Vignette (Photo © Inserm/CEA - Stéphanie Bouillot).

La médecine a longtemps considéré le poumon comme un organe stérile. Il est désormais évident qu’il est colonisé par des microorganismes, y compris chez les sujets sains. Parmi les bactéries présentes dans le microbiote pulmonaire, une part importante est anaérobie (strictes ou facultatives). Si l’intérêt et l’impact du microbiote, en général, et pulmonaire en particulier, vont grandissant, peu d’études s’intéressent à ces inconnues que représentent ces bactéries anaérobies résidentes des poumons. Cette synthèse bibliographique décrit la biodiversité des anaérobies en situation physiologique et dans différentes maladies respiratoires chroniques (mucoviscidose, BPCO, asthme), abordant tour à tour leurs rôles dans l’effet de flore barrière, dans l’inflammation, ou encore comme potentiel biomarqueur de certaines maladies pulmonaires.

Pendant plus d’un siècle, la médecine humaine a considéré le poumon sain comme un organe stérile. Ce dogme de la stérilité du poumon est récemment tombé et force est de constater qu’il ne reposait que sur un rationnel très ténu, voire inexistant [1]. Il s’avère en vérité que conformément à ce qui est décrit pour toutes les muqueuses, les bactéries colonisent la muqueuse broncho-pulmonaire où elles constituent une communauté complexe qui participe au microbiote pulmonaire aux côtés des virus et des champignons [2-5]. Parmi les espèces bactériennes observées, une part importante (environ 50 %) [6, 7] regroupe des bactéries anaérobies. Parmi celles-ci, 73 % sont anaérobies strictes (dont 28 % sont capnophiles¹) et 27 % sont anaérobies facultatives [8]. À ce jour, aucune bactérie EOS (extremely oxygen sensitive), des bactéries incapables de tolérer plus de 0,5 % de pression d’oxygène (comme Faecalibacterium), n’a été détectée parmi les bactéries anaérobies strictes du poumon. En bactériologie médicale, les prélèvements de poumon, organe dédié aux échanges de gaz vitaux comme l’oxygène, sont pourtant pour la plupart ensemencés en aérobiose [9], ce qui explique en partie la méconnaissance de ces bactéries anaérobies et de leur présence dans cet organe. Un autre écueil dans l’étude du microbiote pulmonaire est sa difficulté d’accès, qui complique les analyses : il est, en effet, difficile de distinguer les bactéries qui proviennent d’une contamination salivaire lors des prélèvements respiratoires, et celles qui sont réellement présentes dans les voies aériennes inférieures, d’autant qu’il existerait une continuité de la colonisation bactérienne entre les voies aériennes supérieures et inférieures [10]. L’application des techniques dites « culture-indépendantes » n’a révélé que récemment l’existence d’un microbiote pulmonaire en conditions physiologiques [11, 51, 52]()

() voir la Nouvelle de L. Nguyen et L. Delhaes, m/s n°11, novembre 2015, page 945, et la Synthèse de C. Andréjak et L. Delhaes, m/s n°11, novembre 2015, page 971

L’élément le plus frappant de cette observation est qu’une part importante des communautés bactériennes résidentes est, en fait, composée de bactéries anaérobies. L’objectif de cette synthèse est de décrire ces inconnues du poumon, aussi bien dans leur biodiversité que dans leurs potentialités en médecine respiratoire.

À la naissance et dans les 5 minutes qui suivent, des communautés microbiennes peuvent être détectées dans la cavité orale et le nasopharynx des nouveau-nés [12]. Lors du premier jour de vie, les phylums dominants dans le poumon sont les Firmicutes et les Proteobacteria avec la présence d’Actinobacteria, de Bacteroidetes, de Tenericutes, de Fusobacterium, de Cyanobacteria et de Verrucomicrobia [13]. La colonisation des poumons commence donc très tôt dans la vie et possiblement avant même la naissance puisque le placenta arborerait lui-même un microbiote [14]. Chez l’adulte sain, la charge bactérienne totale du poumon est estimée à environ 10⁵ unités formant colonies (UFC) par millilitre d’expectoration [15,16]. Les principaux phylums bactériens regroupant les bactéries anaérobies retrouvées dans le poumon adulte sont les Bacteroidetes (environ 50 % de la diversité bactérienne totale), les Firmicutes (environ 30 %) ainsi que les Proteobacteria (environ 10 %) et les Actinobacteria dans une moindre mesure (Figure 1). Les principaux genres sont Streptococcus, Prevotella, Fusobacterium, Veillonella et Porphyromonas [7].

Figure 1. Principaux phylums bactériens présents dans le poumon sain et densité bactérienne le long du tractus pulmonaire. UFC : unité formant colonies.

Figure 1. Principaux phylums bactériens présents dans le poumon sain et densité bactérienne le long du tractus pulmonaire. UFC : unité formant colonies.

L’origine de ces communautés et leur dynamique semblent régulées par trois composantes (Figure 2). La première est l’entrée de nouvelles bactéries dans les voies aériennes. Les bactéries des voies respiratoires parviennent dans les poumons par inhalation de l’air ambiant qui contient à lui seul environ 100 000 bactéries par litre d’air [17]. L’impact de l’environnement extérieur sur la colonisation des poumons est donc important. Le réservoir bucco-dentaire constitue une autre source d’entrée où l’on retrouve les principaux phylums du poumon (Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes) [18]. L’estomac représente également un réservoir pour les bactéries colonisant la muqueuse broncho-pulmonaire. Par un processus d’aspiration non intentionnelle, appelée microaspiration, qui est majorée en cas de reflux gastro-œsophagien, l’aspiration de liquide gastrique peut être l’une des voies d’entrée des bactéries anaérobies dans les poumons [19]. Le liquide gastrique contient en effet une communauté bactérienne dont certaines espèces sont également retrouvées dans le poumon [20]. La seconde composante est l’élimination des bactéries, soit par un mécanisme mécanique soit par des processus cellulaires, dans les voies aériennes. Cette élimination peut être modulée par plusieurs facteurs comme la toux, les défenses immunitaires locales et les cellules ciliées qui participent à l’épuration pulmonaire en assurant la clairance mucociliaire. Une élimination des bactéries peut également s’opérer par compétition entre les différents microorganismes présents et aboutir à la sélection in situ d’une partie de la population bactérienne [2, 21]. La troisième composante regroupe les conditions abiotiques de l’écosystème broncho-pulmonaire comme le pH, la température ou la concentration en oxygène, qui peuvent influencer la croissance bactérienne in situ [2].

Figure 2. Facteurs d’entrée/sortie des anaérobies dans les poumons.

Figure 2. Facteurs d’entrée/sortie des anaérobies dans les poumons.

Une particularité du microbiote pulmonaire est sa topobiogéographie qui peut être la cause de biais dans les études, en fonction des modalités de recueil des sécrétions broncho-pulmonaires (invasif versus non invasif), et le site de prélèvement. Sur ce point, il n’existe que très peu de données et les rares études réalisées se contredisent. Pour certaines, la densité bactérienne diminuerait de manière continue le long du tractus pulmonaire, aboutissant à un microbiote broncho-pulmonaire dont l’origine serait les voies aériennes [10]. Pour d’autres, on observerait un pic de concentration bactérienne au niveau de la carène, la bifurcation trachéale [19]. Cette augmentation de la concentration bactérienne serait due aux microaspirations issues du tube digestif qui viendraient enrichir cette partie du tractus respiratoire.

L’écosystème pulmonaire reste stable [22] mais il peut être soumis à des perturbations à la suite de certains traitements (antibiotiques par exemple), voire dans certains cas, subir un déséquilibre profond (dysbiose) en cas de pathologies sous-jacentes (Figure 3). Cet état dysbiotique est démontré dans un certain nombre de maladies comme la mucoviscidose, la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO) ou l’asthme [7]. Cependant, il est difficile de déterminer si cette dysbiose est une cause ou une conséquence de la maladie. En revanche, toutes ces pathologies pulmonaires chroniques partagent un point commun : une diminution de l’abondance relative des bactéries anaérobies [23-25].

Figure 3. Communautés microbiennes anaérobies du poumon sain et modifications observées dans la mucoviscidose, la BPCO et l’asthme. BPCO : bronchopneumopathie chronique obstructive; ↗ : abondance plus élevée dans la maladie; ↘ : abondance moins élevée dans la maladie.

Figure 3. Communautés microbiennes anaérobies du poumon sain et modifications observées dans la mucoviscidose, la BPCO et l’asthme. BPCO : bronchopneumopathie chronique obstructive; ↗ : abondance plus élevée dans la maladie; ↘ : abondance moins élevée dans la maladie.

Le rôle des bactéries anaérobies dans la mucoviscidose a été révélé par plusieurs études dans lesquelles une réduction de la diversité bactérienne touchant notamment les anaérobies a été décrite [37]. Cette diminution des anaérobies peut être liée à l’action conjointe de différents facteurs : l’antibiothérapie - le méropénème ou les associations amoxicilline-acide clavulanique, pipéracilline/tazobactam (antibiotiques utilisés dans la mucoviscidose) présentent une activité anti-anaérobie (notamment sur Prevotella); l’âge du patient; et l’état de la fonction pulmonaire [23]. Il a également été mis en évidence que la diminution des fonctions pulmonaires et l’augmentation de l’inflammation étaient associées à une réduction de la quantité des bactéries anaérobies chez les patients [6].

Certaines populations de bactéries anaérobies pourraient jouer un rôle dans l’inflammation des voies aériennes basses. Ces bactéries, comme Prevotella melaninogenica, Actinomyces odontolyticus, Veillonella parvula, Fusobacterium nucleatum ou encore Streptococcus sanguinis sont capables de sécréter in vitro, mais également in vivo, des acides gras à chaînes courtes, détectés lors de la réalisation de lavages broncho-alvéolaires, et qui sont corrélés à la sécrétion d’IL(interleukine)-8 (marqueur de l’inflammation), une chimiokine spécifique des polynucléaires neutrophiles à l’origine de leur recrutement dans la lumière bronchique. La réponse IL-8 dépend directement de la proportion d’acides gras. Elle contribue à une exacerbation de l’inflammation en activant les polynucléaires neutrophiles [38]. Ces données obtenues pour le poumon apparaissent en contradiction avec celles concernant l’intestin dans lequel les acides gras à chaînes courtes synthétisés par les bactéries, telles que Faecalibacterium prausnitzii, seraient bénéfiques, voire protecteurs, dans le contexte des maladies inflammatoires de l’intestin (MICI) comme la maladie de Crohn [39].

En interagissant avec d’autres bactéries, les bactéries anaérobies ont une influence sur l’atteinte pulmonaire au cours de la mucoviscidose. Certaines espèces sont en effet capables de favoriser l’action d’autres microorganismes dont l’incidence est péjorative sur la maladie. Chez la souris, une co-infection à P. aeruginosa et V. parvula, se traduit par une augmentation de la charge en P. aeruginosa et une détérioration de l’état clinique de l’animal, comparé à une infection par P. aeruginosa seul [40]. Il en est de même pour les souches de P. aeruginosa productrices de pyocyanine. Dans le cas d’association mixte, sous la forme de biofilm, de P. aeruginosa avec certaines espèces de Streptococcus (comme S. oralis), la bactérie exprime plus de facteurs de virulence que lorsqu’elle est seule [41]. Ces observations dépendent cependant des espèces de streptocoques étudiées [33].

Les bactéries anaérobies sont également associées à d’autres pathologies pulmonaires infectieuses ou non infectieuses. Chez les patients atteints de tuberculose pulmonaire, l’abondance de Mycobacterium et de Porphyromonas serait augmentée significativement en présence de lésions pulmonaires (granulome-like) [46]. De même, l’implication de bactéries anaérobies à été démontrée dans le cas de la fibrose pulmonaire idiopathique. Dans cette pathologie, les genres bactériens les plus abondamment retrouvés sont Prevotella, Veillonella et Chronobacter. Veillonella, Neisseria, Streptococcus et Haemophilus semblent être significativement corrélés à la maladie, avec une présence plus importante de ces genres bactériens chez les malades [47].

Les bactéries anaérobies sont-elles des bactéries incontournables dans la physiopathologie pulmonaire ? Contrairement à ce qui était admis, nos poumons ne sont pas stériles et cet écosystème peut être perturbé lors de certaines pathologies respiratoires. L’étude de la dysbiose pulmonaire a révélé l’implication des bactéries anaérobies dans le cas de plusieurs maladies : la mucoviscidose, la BPCO ou l’asthme. Ces bactéries restent cependant les méconnues du poumon malgré leurs rôles potentiels : elles pourraient avoir un rôle dans l’inflammation et interagir avec d’autres bactéries en accroissant le potentiel (bénéfique ou néfaste) de certaines espèces; elles pourraient avoir ainsi un rôle prédictif dans l’apparition ou dans l’évolution de certaines pathologies et ainsi servir de « biomarqueurs » [16, 24, 33, 36, 40, 44, 48, 49]. À l’heure de la médecine des 4 P (prédictive, préventive, personnalisée, participative), qui nécessite de nouveaux outils pronostiques et de précision pour la prise en charge de ces maladies émergentes²[50] de diagnostic difficile, les bactéries anaérobies méritent toute notre attention dans le futur.♢

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.