"Des microorganismes intestinaux assurant une bonne santé en transformant les fibres alimentaires en nutriments, disparaissent chez les êtres humains dans les sociétés industrialisées" par Sciencedaily

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Des microorganismes intestinaux assurant une bonne santé en transformant les fibres alimentaires en nutriments, disparaissent chez les êtres humains dans les sociétés industrialisées

Traduction du 22 mars 2024 – avec ajout de compléments sur les Cellulosomes - par Jacques Hallard d’un article en date du 18 Mars 2024 diffusé par ‘sciencedaily.com’ sous le titre Industrial societies losing healthy gut microbes - Référence [faire copier-coller] : https://www.sciencedaily.com/releases/2024/03/240318142440.htm

Auteurs scientifiques  : Sarah Moraïs, Sarah Winkler, Alvah Zorea, Liron Levin, Falk S. P. Nagies, Nils Kapust, Eva Setter-Lamed, Avital Artan-Furman, David N. Bolam, Madhav P. Yadav, Edward A. Bayer, William F. Martin and Itzhak Mizrahi. Cryptic diversity of cellulose-degrading gut bacteria in industrialized humans. Science, 2024 ; 383 (6688) DOI : 10.1126/science.adj9223

Source de l’information : Université Ben Gourion du Néguev

L’université Ben Gourion du Néguev (אוניברסיטת בן גוריון בנגב ; en anglais, Ben-Gurion University ou BGU) est une université publique implantée à Beer-Sheva dans le sud d’Israël… - Wikipédia

L’Université Ben-Gourion du Néguev (BGU) - Programmes ...אוניברסיטת בן גוריוןhttps://in.bgu.ac.il › French › Pages › Programmes-acad – « L’Université Ben Gourion du Néguev est une oasis d’innovation, un modèle pour le monde entier. C’est le lien entre le monde universitaire et l’industrie ...

Résumé :

Nos habitudes alimentaires dans les sociétés industrialisées sont très éloignées de celles des anciens êtres humains. Cela a un impact sur notre flore intestinale, semble-t-il, car les bactéries dégradant la cellulose, nouvellement découvertes, sont disparues dans le microbiome intestinal humain, en particulier dans les sociétés industrielles.

Texte complet

Tout le monde sait que les fibres sont saines et constituent une partie importante de notre alimentation quotidienne. Mais qu’est-ce que la fibre et pourquoi est-elle saine ?

La fibre est la cellulose, la substance filandreuse dont sont faites les plantes. Les feuilles, les tiges, les racines, les branches et les troncs d’arbres (bois) sont faits de cellulose. La forme la plus pure de cellulose est constituée des longues fibres blanches du coton. Les fibres alimentaires proviennent de légumes ou de produits alimentaires à grains entiers.

Pourquoi les fibres sont-elles saines ? Les fibres aident à garder notre flore intestinale (les scientifiques l’appellent notre microbiome intestinal) en bon état et équilibrée. La fibre sert de point de départ à une chaîne alimentaire naturelle. Cela commence par des bactéries capables de digérer la cellulose, fournissant au reste de notre microbiome une nourriture équilibrée. Mais nos habitudes alimentaires dans les sociétés industrialisées sont très éloignées de celles des anciens êtres humains. Cela a un impact sur notre flore intestinale, semble-t-il, car les bactéries dégradant la cellulose, nouvellement découvertes, sont perdues du microbiome intestinal humain, en particulier dans les sociétés industrielles, selon un nouveau rapport publié récemment dans la revue ‘Science’.

[Le microbiote intestinal humain, — du grec mikrós « petit », et biôtós, adjectif verbal de bióô « vivre » — anciennement appelé flore intestinale humaine, est l’ensemble des microorganismes du tractus digestif humain, c’est-à-dire le microbiome intestinal et de tout le système gastro-intestinal… - Wikipédia ]

L’étude provient de l’équipe du professeur Itzhak Mizrahi de l’Université Ben Gourion (BGU) du Néguev en Israël, avec le soutien de l’Institut Weizmann des sciences de Rehovot et de collaborateurs internationaux aux États-Unis et en Europe.

[Professeur Itzhak Mizrahi - Les communautés microbiennes sont omniprésentes et sont à l’origine de nombreux processus fondamentaux de notre vie quotidienne, dans des domaines tels que l’agriculture, la santé et l’environnement. Le groupe du professeur Mizrahi s’efforce de comprendre les forces écologiques et évolutives qui façonnent les communautés microbiennes dans la nature, et plus particulièrement dans les environnements intestinaux. La compréhension de ces forces nous permet de prédire et de moduler la composition du microbiome en vue d’une fonctionnalité optimisée et de trouver de nouvelles applications en accordant le microbiome bovin pour réduire son impact sur l’environnement et augmenter les ressources alimentaires disponibles pour l’humanité. Source : https://nibn.co.il/researcher/prof-itzhak-mizrahi/

https://nibn.co.il/wp-content/uploads/2018/11/itzik_mizrahi.jpg

Traduit avec DeepL.com (version gratuite) - Read More ]

Suite de l’article traduit

’Tout au long de l’évolution humaine, les fibres ont toujours été un pilier de l’alimentation humaine’, explique la chercheuse principale Sarah Moraïs de BGU, ’ C’est également un composant principal de l’alimentation de nos ancêtres primates. Les fibres maintiennent notre flore intestinale en bonne santé. ’Moraïs et son équipe ont identifié de nouveaux membres importants du microbiome intestinal humain, des bactéries dégradant la cellulose nommées Ruminococcus. Ces bactéries dégradent la cellulose en produisant de grands complexes protéiques extracellulaires hautement spécialisés appelés cellulosomes.

[Cellulosomes - Traduit de l’anglais - Les cellulosomes sont des complexes extracellulaires multienzymatiques. Les cellulosomes sont associés à la surface cellulaire et assurent la fixation des cellules aux substrats insolubles et les dégradent en produits solubles qui sont ensuite absorbés… - Wikipédia (anglais)] 12 Décembre 2016

[Cellulosomes : nanomachines bactériennes pour le démantèlement des polysaccharides végétaux - 12 Décembre 2016 - Lior Artzi, Edward A. Bayer et Sarah Moraïs ont été invités à participer à l’événement. Nature Reviews Microbiology volume 15, pages 83-95 (2017) – « Les cellulosomes sont des complexes multienzymatiques auto-assemblés qui sont très efficaces pour dégrader la lignocellulose, principalement en raison du ciblage commun du substrat et de la proximité enzymatique conséquente qui, ensemble, génèrent une canalisation du substrat et une action synergique.

Des cellulosomes ont été identifiés dans plusieurs bactéries anaérobies, chaque espèce présentant son propre arrangement moléculaire avec des degrés de complexité variables.

La prévalence des cellulosomes en tant que composants rares mais centraux dans divers écosystèmes reflète les avantages de cette stratégie enzymatique.

L’interaction cohésine–dockerine a été étudiée de manière approfondie et est l’une des interactions non covalentes les plus fortes connues dans la nature.

La composition des cellulosomes est régulée et variée par la nature du substrat de croissance (source de carbone) de la bactérie mère.

Le cellulosome, en tant que l’une des machines les plus efficaces pour la dégradation des parois cellulaires végétales, peut potentiellement être utilisé pour la conversion à grande échelle de la biomasse… - A lire en anglais sur ce site : https://www.nature.com/articles/nrmicro.2016.164 ]

Opinion actuelle en Biotechnologie - Progrès dans le biotraitement consolidé utilisant des cellulosomes synthétiques - https://doi.org/10.1016/j.copbio.2022.102840

Rectificatif à : ’Progrès dans le biotraitement consolidé utilisant des cellulosomes synthétiques ’[Curr Opin Biotechnol 2022, 78 : 102840] - Opinion actuelle en biotechnologie, Volume 80, avril 2023, Pages 102890 - Shen-Long Tsai, Soleil Qing, Wilfred Chen

Faits saillants : Les cellulosomes synthétiques peuvent être affichés à la surface de différents microorganismes. L’affichage de cellulosomes plus complexes est la clé d’une meilleure hydrolyse de la biomasse. La mise en œuvre pratique du CBP reste difficile en raison de sa faible efficacité. Le principal obstacle à l’utilisation plus répandue de la biomasse pour la production d’énergie et de produits chimiques est l’absence d’une technologie à faible coût pour surmonter leur caractère récalcitrant. Il a été démontré que le coût global peut être réduit en utilisant une approche de bio-traitement ’consolidée’ (CBP), dans laquelle la production d’enzymes, l’hydrolyse de la biomasse et la fermentation du sucre peuvent être combinées. Les cellulosomes sont des complexes enzymatiques présents dans de nombreux microorganismes anaérobies qui sont très efficaces pour la dépolymérisation de la biomasse. Bien que les premiers efforts pour afficher des cellulosomes synthétiques aient été couronnés de succès, la conversion globale est encore faible pour une utilisation pratique. Cette limitation a été partiellement atténuée en affichant des structures cellulaires plus complexes soit par assemblage adaptatif, soit en utilisant des consortiums synthétiques. Étant donné que des nanostructures de cellulosomes synthétiques ont également été créées en utilisant des nanoparticules de protéines ou de l’ADN comme échafaudage, il est possible d’attacher ces nanostructures à des cellules vivantes afin d’améliorer encore l’efficacité globale.

Résumé Graphique

Présentation

En raison de sa grande disponibilité et de son faible coût, la biomasse lignocellulosique a suscité un intérêt en tant que matière première de fermentation pour produire des carburants et d’autres produits chimiques de base [1]. Diverses méthodes de prétraitement physique et chimique ont été développées pour réduire la récalcitrance de la lignocellulose [2]. Cependant, ces processus sont souvent difficiles sur le plan environnemental ou économique. En revanche, la nature a créé différentes solutions pour lutter contre la biomasse récalcitrante. Les microbes aérobies (tels que Trichoderma reesei) produisent de grandes quantités d’enzymes hydrolytiques solubles qui décomposent de manière synergique les matières cellulosiques [3]. En revanche, les organismes anaérobies, en raison de contraintes énergétiques, ne peuvent produire qu’une quantité limitée d’enzymes. Par conséquent, en réponse, ils ont développé un complexe enzymatique minutieusement structuré, appelé cellulosome, pour maximiser l’efficacité catalytique 4, 5. Ce système auto-assemblé amène plusieurs enzymes à proximité immédiate du substrat et fournit une structure qui assure une concentration locale élevée et le rapport et les ordres corrects des enzymes, maximisant ainsi la synergie.

Afin de rendre les méthodes biologiques compétitives sur le marché, des efforts de recherche antérieurs ont été consacrés au développement de la biotransformation consolidée (CBP) de la lignocellulose en produits de grande valeur sans ajout d’enzymes exogènes [6]. La motivation principale derrière cette stratégie est que le coût du processus est nettement inférieur à celui des configurations conventionnelles [7]. Cependant, à ce jour, les microorganismes cellulolytiques natifs qui ont été isolés ne sont pas capables de produire efficacement des composés de grande valeur à l’échelle commerciale. D’autre part, les microorganismes capables de produire des composés de grande valeur ne peuvent pas utiliser efficacement la lignocellulose. Par conséquent, de nouvelles stratégies qui accordent aux microorganismes producteurs de produits chimiques la capacité d’hydrolyser la lignocellulose ont été fréquemment étudiées pour la création de microorganismes CBP. Dans cette revue, nous résumons les efforts récents utilisant des stratégies de biologie synthétique pour créer des structures artificielles de (mini)cellulosomes pour un large éventail d’applications. Alors que la plupart des rapports se sont concentrés sur l’ingénierie d’hôtes hétérologues pour afficher des structures cellulosomiques complexes, les progrès récents dans la création de cellulosomes non cellulaires sont également discutés… - Suite de l’article en anglais >https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0958166922001744 ]

Suite de l’article traduit

En raison de la nature modulaire des cellulosomes, des composants cellulosomiques ont été proposés pour une utilisation dans des applications biotechnologiques supplémentaires, notamment avec d’autres systèmes d’affinité.

’Ce n’est pas une tâche facile de dégrader la cellulose, peu de bactéries peuvent le faire’, explique le professeur Edward Bayer, de l’Institut Weizmann, un leader mondial des cellulosomes et coauteur de l’étude. ’La cellulose est difficile à digérer car elle est insoluble. La fibre dans l’intestin est comme un tronc d’arbre dans une piscine, elle est mouillée, mais elle ne se dissout pas.’

Les cellulosomes sont conçus par des bactéries pour s’attacher aux fibres de cellulose et les séparer, comme les fils individuels d’un morceau de corde. Les enzymes cellulosomales décomposent ensuite les fils individuels de fibres en chaînes plus courtes, qui deviennent solubles. Ils peuvent être digérés, non seulement par le ruminocoque, mais aussi par de nombreux autres membres du microbiome intestinal.

’En bout de ligne, les cellulosomes transforment les fibres en sucres qui nourrissent toute une communauté, un formidable exploit d’ingénierie’, explique Bayer.

La production de cellulosomes place le ruminocoque au sommet de la cascade de dégradation des fibres qui alimente un microbiome intestinal sain. Mais l’histoire évolutive du ruminocoque est compliquée et la culture occidentale fait des ravages sur notre microbiome, comme le montre la nouvelle étude.

’Ces bactéries productrices de cellulosome existent depuis longtemps, leurs ancêtres sont des membres importants du microbiome du rumen chez les vaches et les moutons’, explique le professeur Mizrahi de BGU, auteur principal de l’étude.

Le rumen est l’organe spécial de l’estomac des vaches, des moutons et des cerfs, où l’herbe qu’ils mangent (fibres) est convertie en nourriture utile par des microbes dégradant la cellulose, y compris le ruminocoque. ’Nous avons été surpris de constater que les bactéries productrices de cellulosome chez l’homme semblent avoir changé d’hôte au cours de l’évolution, car les souches humaines sont plus étroitement liées aux souches du bétail qu’aux souches de nos propres ancêtres primates.’

Autrement dit, il semble que les humains aient acquis des composants importants d’un microbiome intestinal sain à partir du bétail qu’ils ont domestiqué au début de l’évolution humaine. ’C’est une possibilité réelle’, déclare Mizrahi, expert en biologie du rumen.

Cependant, l’histoire ne s’arrête pas là. L’échantillonnage de cohortes humaines a révélé que les souches de ruminocoques sont en effet des composants robustes du microbiome intestinal humain parmi les sociétés humaines de chasseurs-cueilleurs et parmi les sociétés humaines rurales, mais qu’elles sont rares ou manquantes dans les échantillons humains des sociétés industrialisées.

’Nos ancêtres en Afrique, il y a 200.000 ans, ne prenaient pas leur déjeuner au volant ou ne téléphonaient pas lors d’une livraison à domicile pour le dîner’, explique le professeur William Martin de l’Université Heinrich Heine de Düsseldorf en Allemagne, biologiste évolutionniste et coauteur de l’étude. Dans les sociétés occidentales, cela se produit cependant à grande échelle. L’alimentation est en train de changer dans les sociétés industrialisées, très éloignées des fermes où la nourriture est produite. Les auteurs concluent que cet abandon d’un régime riche en fibres est une explication de la perte d’importants microbes dégradant la cellulose dans notre microbiome.

Comment pouvez-vous contrer ce déclin évolutif ? Il pourrait être utile de faire ce que les médecins et les diététiciens disent depuis des décennies : Mangez plus de fibres !

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