Les écosystèmes digestifs

Sommaire et contenu du livre "Les écosystèmes digestifs"

Table des mati?s Avant-propos............................................... III Introduction XVII Chapitre 1 ?ologie microbienne digestive et ?logie g?rale, taxonomie et syst?s de classification des procaryotes, notion d'esp? . . . . . . . 1 1. ?ologie microbienne digestive et ?logie g?rale 2 1.1.?ologie.............................................. 2 1.2. ?osyst? 3 1.3. Microflore autochtone et microflore allochtone 3 1.4.Habitatetniche?logique ............................... 4 1.5. Caract?stiques g?rales des ?syst?s et particularit? des ?syst?s digestifs 4 1.5.1. Facteurs abiotiques 4 1.5.2. Les ?syst?s: des syst?s organis?et structur? H?rog?it?patiale et variation temporelle 5 1.5.3. Succession des populations. Climax. ?uilibre dynamique et perturbations. Stabilit?t r?lience 6 1.5.4. Structure fonctionnelle des ?syst?s: organisation trophique. Flux d'?rgie. Production et productivit?des ?syst?s 9 1.5.5. Interactions entre les esp?s constituant la bioc?se. . . . . Il 1.6.Ladiversit?sesindicesde mesure........................ 12 1.6.1. Diversit?t ?antillonnage. Mod?s d'abondance. . . . . . . 13 1.6.2.Mesurede ladiversit?'aided'indices................ 14 2. Taxonomie et syst?s de classification des Procaryotes. Notion d'esp? 18 2.1.Lessyst?sdeclassification............................. 18 2.1.1. La classification ph?tique (ou ph?typique) . . . . . . . . . . 18 2.1.2. La taxonomie num?que ou adansionnienne 19 2.1.3. La classification phylog?tique ou phyl?que 19 2.1.3.1. Contenu en G + Cdel'ADN .................. 20 2.1.3.2. Hybridations d'acides nucl?ues 21 2.1.3.3. S?en?e de l'ARN 16S 21 2.104. La taxonomie polyphasique et le concept d'esp? chez les Procaryotes 23 2.2. Notions d'esp? mol?laire (operational taxonomie unit) et de phylotype 24 2.3.L'analysephylog?tique................................ 25 2.3.1. Principe. ........................................ 25 2.3.2.Lesarbresphylog?tiques.......................... 25 204. Les divisions du monde vivant 27 Pointscl?.................................................. 29 R?rences bibliographiques 29 Chapitre 2 Techniques d'?de de la microflore digestive. ................... 33 1. Collecte des ?antillons digestifs 34 2. D?mbrements en microscopie et cytom?ie en flux 35 2.1.Microscopie........................................... 35 2.2.Cytom?ieen flux...................................... 35 3. M?odes culturales 36 3.1. Cultures continues ou semi-continues simulant les ?syst?s naturels 36 3.2. Cultures de type batch : cultures mixtes et cultures pures 38 3.3. Isolement, culture et identification des micro-organismes delafloredigestive ..................................... 39 3.3.1. Bact?es a?bies et ana?bies facultatives 39 3.3.2. Bact?es ana?bies strictes et Archaea . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.3.2.1.Techniques d'ana?biose.................... 39 3.3.2.2. Milieux de culture 41 4. Approches mol?laires compl?ntaires de la culture 42 5.M?odesd'?logiemol?laire.............................. 42 5.1. Techniques d'hybridation 44 5.1.1. L'hybridation quantitative sur membrane ouhybridationendot-blot........................... 45 5.1.2. L'hybridation in situ ou FISH (fluorescent in situ hybridization) ............................... 47 5.1.3. L'hybridation suppressive soustractive (SSH) 48 5.1.4. Les puces ADN (biopuces ou microarrays) ........ 49 5.2. M?odes des empreintes g?tiques et inventaires mol?laires 50 5.2. I. AFLP (amplifiedfragment length polymorphism) 50 5.2.2. ARDRA (amplified rDNA restriction analysis) ....... 51 5.2.3. T-RFLP (terminal restriction fragment length polymorphism) 51 5.2.4. RISA (ribosomal intergenic spacer analysis) ............ 52 5.2.5. DGGE (denaturing gradient gel electrophoresis), TTGE (temporal temperature gel electrophoresis), TGGE (temperature gradient gel electrophoresis) 52 5.2.6. SSCP (single strand conformation polymorphism) ........ 54 5.2.7. SARST (seriaI analysis ofribosomal sequence tags) ...... 55 5.2.8.Clonage-s?en?e ........................ 55 5.3.TechniquesdePCRquantitative ........................... 56 5.3.1. PCRcomp?tive .................................. 56 5.3.2.PCRentemps r?................................. 56 5.4. G?mique et m?g?mique. Prot?ique . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5.4.1. La m?g?mique 57 5.4.2. La prot?ique 57 5.5. Transcription r?rse de l'ARN messager (RT-PCR) . . . . . . . . . . . 58 6.Utilisationdebiomarqueurs .................................. 58 7. Utilisation des isotopes stables ou techniques SIP (stable isotope probing) 60 7.1.DNA-SIP............................................. 60 7.2.RNA-SIP ....................... 61 8. Techniques d'isolement de cellules individuelles 61 8.1. M?ode d'encapsulation 61 8.2. Autres techniques: pinces optiques et micromanipulateurs . . . . . . 61 Pointscl? ................................................. 62 R?rences bibliographiques 62 Chapitre 3 Les communaut?microbiennes du tube digestif des Mammif?s: diversit?t structure 71 1. Les communaut?microbiennes des ?syst?s digestifs: g?ralit?............................................ 71 1.1.LesProcaryotes ........................................ 71 1.1.1.LesBact?es ..................................... 71 1.1.2.LesArchaea...................................... 72 1.2. Les Eucaryotes 73 1.2. I. Les Champignons ana?bies . . . . . . . . . . 73 1.2.1.1. Classification et caract?stiques g?rales 73 1.2.1.2. Cycle de d?loppement 73 1.2.1.3.Survieet transfert........................... 74 1.2.2. Les moisiss"~o" 1.2.3. Les levures 75 1.2.4. Les Protozoaires 75 1.3. Les Virus 75 2. Caract?stiques g?rales du tractus gastro-intestinal et r?me alimentaire de 1'h? localisation de la bioc?se 75 2.1. Anatomie et r?me alimentaire 75 2.2. Localisation g?rale de la bioc?se dans le tube digestif . . . . . . 77 3.Lesanimauxetleurmicrofloredigestive ........................ 79 3.1. Les Mammif?s herbivores 79 3.1.1. Les Ruminants stricto sensu ................. 81 3.1.1.1. Anatomie du tractus gastro-intestinal 81 3.1.1.2. R?rtition longitudinale de la microflore 82 3.1.1.3. Particularit?de la digestion 83 3.1.1.4. Diversit?t structure des communaut? procaryotiques ............................. 84 3.1.1.5. Diversit?t structure de la communaut?eucaryotique 89 3.1.1.6. Diversit?t structure de la communaut?irale 90 3.1.1.7. R?rtition transversale de la microflore ruminale. 91 3.1.1.8. Structuration temporelle de l'?syst? ruminai. 93 3.1.2. Les Tylopodes (Cam?d? 95 3.1.3.LesP?ssodactyles................................ 95 3.1.3.1. Anatomie du syst? gastro-intestinal des ?uid?95 3.1.3.2. R?rtition longitudinale de la microflore. . . . . . . . 96 3.1.3.3. Diversit?t structure des communaut? procaryotiques ............................. 97 3.1.3.4. Diversit?t structure de la communaut?eucaryotique 98 3.1.3.5. Diversit?t structure de la communaut?irale 98 3.1.3.6. Implantation de la microflore digestive chezlePoulain............................. 98 3.1.4. Les Lagomorphes (Lapin, Li?e) 99 3.1.4.1. Anatomie du syst? gastro-intestinal 99 3.1.4.2. R?rtition longitudinale et transversale de la microflore 100 3.1.4.3. Diversit?t structure des communaut? procaryotiques ............................. 101 3.1.4.4. Diversit?e la communaut?ucaryotique . . . . . . . . 102 3.1.4.5. D?loppement de l'?syst? caecal duLapereau ............................... 102 3.2. Les Mammif?s carnivores . 102 3.2.1. Carnivores terrestres . 103 3.2.1.1. Anatomie du syst? gastro-intestinal . 103 3.2.1.2. Diversit?es microflores procaryotique et eucaryotique du Chien . 103 3.2.2. Carnivores marins . 103 3.2.2.1. Anatomie du tractus gastro-intestinal . 103 3.2.2.2. Diversit?es microflores procaryotique et eucaryotique de la Baleine . 104 3.3. Les Mammif?s omnivores . 104 3.3.1. Anatomie du tractus gastro-intestinal et r?rtition de la microflore . 104 3.3.2. Diversit?t structure des communaut?procaryotiques . 106 3.3.2.1. Les Bact?es . 106 3.3.2.2. Les Archaea . 107 3.3.3. Diversit?es communaut?eucaryotique et virale . 107 3.3.4. D?loppement de la flore digestive chez le Porcelet . 108 3.4. Les Rongeurs . 109 3.4.1. Diversit?t structure des communaut?procaryotiques . 109 3.4.1.1. Les Bact?es . 109 3.4.1.2. Les Archaea . 110 3.4.2. Diversit?e la communaut?ucaryotique . 110 3.5. Les Primates . 110 3.5.1. Diversit?t structure des communaut?procaryotique et eucaryotique chez le Gorille. . . 110 3.5.2. L'Homme . 110 3.5.2.1. Anatomie du tube digestif . 110 3.5.2.2. Distribution longitudinale de la microflore 111 3.5.2.3. Distribution transversale . 113 3.5.2.4. Diversit?t structure des communaut? procaryotiques . 113 3.5.2.5. Diversit?e la communaut?ucaryotique . 115 3.5.2.6. Diversit?t structure de la communaut?irale 115 3.5.2.7. D?loppement de la flore digestive chez l'enfant. 115 Points cl?. 117 R?rences bibliographiques 118 Chapitre 4 La microflore digestive des Insectes, Mollusques, Amphibiens, Reptiles, Poissons et Oiseaux: diversit?t structure des communaut?microbiennes 127 1. Les Insectes (hexapodes) 127 1.1.R?mealimentaire..................................... 127 1.2. Anatomie du tube digestif et distribution de la microflore. . . . . . . 128 1.3. Les Termites 129 1.3.1.Diversit?sTermites.............................. 129 1.3.2.Anatomiedutube digestif........................... 130 1.3.3. Diversit?t structure des communaut?procaryotiques . . . . 132 1.3.3.1. Les Bact?es 132 1.3.3.2.LesArchaea ............................... 134 1.3.4. Diversit?t structure de la communaut?ucaryotique . . . . . 134 1.4. Autres Insectes 135 1.4.1. Diversit?t structure des communaut?procaryotiques . . . . 135 1.4.1.1. Les Bact?es 135 1.4.1.2.LesArchaea ............................... 138 1.4.2. Diversit?t structure de la communaut?ucaryotique . . . . . 138 1.4.2.1.Les levures................................ 138 1.4.2.2. Les moisissures 138 2. LesMollusques. ........................................... 138 3. Les Amphibiens et Reptiles 140 3.1. Les Amphibiens (Lessamphibi?s) 140 3.2.LesReptiles ........................................... 141 4. Les Poissons. ............................................. 142 4.1. Anatomie du tube digestif et localisation de la microflore . . . . . . . 142 4.2. Diversit?t structure de la communaut?rocaryotique 143 4.3. Diversit?e la communaut?ucaryotique 145 5. Les Oiseaux 145 5.1.Anatomiedutube digestif................................ 145 5.2. Diversit?t structure des communaut?procaryotiques . . . . . . . . . 147 5.2.1.Les Bact?es.... .... .. ..... ....... ............ ... 147 5.2.2.LesArchaea...................................... 148 5.3. Diversit?t structure de la communaut?ucaryotique 148 5.4. Diversit?t structure de la communaut?irale. . . . . . . . . . . . . . . . 149 Pointscl?.................................................. 149 R?rences bibliographiques 149 Chapitre 5 Niches ?logiques potentielles des principales esp?s microbiennes, capacit??boliques....................................... 157 1. Les substrats disponibles pour la microflore 157 1.1. Les constituants des parois v?tales 157 1.1.1. Les polyosides 157 1.1.1.1. La ceHulose 158 1.1.1.2. Les h?celluloses 158 1.1.1.3.Les pectines.... ................... ..... ... 158 1.1.2. Les glycoprot?es riches en hydroxyproline 159 1.1.3. Les lignines et les compos?ph?liques 159 1.2. Les constituants intracellulaires des v?taux. . . . . . . . . . . . . . . . . 160 1.2.1. Les oses et osides 160 1.2.2. Les constituants azot?(prot?es, acides amin? . . . . . . . . 161 1.2.3. Les lipides et pigments 162 1.2.4. Les h?ropolyosides 162 1.2.4.1. Les phyto-œstrog?s 162 1.2.4.2. Les glucosinolates 162 1.2.4.3. Les tannins 163 1.2.4.4. Les saponines 163 1.2.4.5. Les acides organiques 163 1.3.L'amidon............................................. 164 1.4.Lescires. ............................................. 164 1.5.Lachitine............................................. 165 1.6.Lesconstituantsdesproduitscarn? ........................ 165 1.7.Lesconstituantsdesproduitslaitiers........................ 165 1.8. Les substrats d'origine endog? 166 2. Capacit?m?boliques des principales esp?s microbiennes cultiv? 166 2.1.LesProcaryotes ........................................ 166 2.1.1. Les Bact?es 166 2.1.1.1. Capacit?m?boliques et fonctions potentielles des esp?s bact?ennes cultiv? majeures du rumen 167 2.1.1.2. Capacit?m?boliques et fonctions potentielles de quelques esp?s bact?ennes cultiv? majeures dans le crecum-c? des Equid?178 2.1.1.3. Capacit?m?boliques et fonctions potentielles de quelques esp?s bact?ennes cultiv? majeuresduc?humain.................... 179 2.1.2.LesArchaea...................................... 183 2.2. Les Eucaryotes 184 2.2.1. Les Champignons ana?bies 184 2.2.1.1. Capacit?m?boliques et niches ?logiques potentielles 184 2.2.1.2. Activit??nique 185 2.2.2. Les Protozoaires 185 2.3.LesVirus ............................................. 187 Pointscl?.................................................. 188 R?rences bibliographiques 188 Chapitre 6 Interactions entre l'h?et sa microflore digestive. . . . . . . . . . . . . . . . 195 1. L'apport de la gnotobiologie dans la connaissance du r?de la flore. 195 1.1.Sujetsconventionnelsouholox?ques...................... 195 1.2.Animauxax?ques ..................................... 196 1.3. Animaux gnotox?ques 196 1.4.Animauxm?x?ques.................................. 197 1.5.Animauxn?holox?ques............................... 197 1.6. Animaux « holox?ques isol? apr?la naissance, ou SPF (specifie pathogen free) .................................. 197 1.7.Animauxd?un?..................................... 198 2. R? de la flore 198 2.1. Effets sur l'anatomie et le m?bolisme de la muqueuse digestive .. 198 2.2.StimulationdeJ'immunit? intestinale..................... .. 200 2.3. R?antimicrobien 202 2.4. D?adation et fermentation des compos?alimentaires 204 2.4.1. Digestion des polym?s v?taux 204 2.4.1.1. Digestion des polyholosides pari?ux 204 2.4.1.2. Digestion de l'amidon 209 2.4.1.3. Principales voies biochimiques de fermentation des oses 210 2.4.2. Digestiondesprot?es ............................. 211 2.4.2.1. Chez les Ruminants 211 2.4.2.2. Chez l'Homme et l'animal monogastrique 212 2.4.2.3. Chez les Oiseaux 213 2.4.3.Digestiondes lipides.... ........... .... 213 2.4.3.1.Chezles Ruminants...... ...... ...... ..... .. 213 2.4.3.2.Chez lemonogastrique....................... 214 2.4.4. D?adation des constituants peu digestibles ou r?stants auxattaquesparlesmicro-organismes ................. 214 2.4.5. D?adation des substrats endog?s 215 2.4.6. Les m?bolismes hydrog?trophes 215 2.4.6.1. La m?anog?se 216 2.4.6.2.L'ac?g?se r?ctrice..................... 216 2.4.6.3. La sulfator?ction 216 2.4.6.4. Autres m?bolismes 216 2.4.7. Bilan des fermentations selon les esp?s animales. Contribution des fermentations intestinales ?'?nomie nutritionnelle et ?rg?que de l' h?217 2.4.7.1. Ruminant 217 2.4.7.2. Mammif?s herbivores monogastriques . . . . . . . . . 218 2.4.7.3. Porc 219 2.4.7.4.Homme... ... ...... ................. 219 2.4.7.5. Poissons . 220 2.4.7.6. Oiseaux . 221 2.4.7.7. Insectes . 222 2.4.7.8. Reptiles . 222 2.4.7.9. Probl?s pos?par les ?ssions de m?ane d'origine animale . 223 2.5. Autres effets nutritionnels de la flore digestive . 224 2.5.1. Effet sur les x?biotiques . 224 2.5.2. Production de vitamines . 224 2.5.3. Effet sur d'autres m?bolites . 224 2.5.4. Bioconversion ou neutralisation de mol?les toxiques . 225 2.5.5. Production de mol?les toxiques . 226 Points cl?. 226 R?rences bibliographiques 226 Chapitre 7 Facteurs influen?t la structure de l'?syst? microbien du tube digestif ............................................. 235 1.Facteursabiotiques......................................... 235 1.1. Facteurs li??'h? s??ons digestives. . . . . . . . . . . . . .. ... 235 1.2.Facteursg?tiques ..................................... 236 1.3.Facteursalimentaires.................................... 236 1.3.1. Effets de r?mes riches en amidon ou en fibres chez le Ruminant 236 1.3.2. Influence d'un r?me riche en fibres ou en amidon surlamicrofloredigestiveduCheval ................ .. 239 1.3.3. Impact d'une d?cience en fibres alimentaires sur l'?syst? caecal du Lapin 240 1.3.4. Effets du r?me alimentaire sur la microflore digestivedu Porc.................................. 240 1.3.5. Effet du type d'allaitement sur la microflore digestive dunourrisson..................................... 240 1.3.6. R?nse de la microflore colique humaine ?ne suppl?ntation en flavono?s alimentaires. . . . . . . 241 1.3.7. Biod?adation des phyto-œstrog?s du soja par la microflore colique humaine 241 1.3.8. Effets des pr?otiques 242 1.4. Facteurs physico-chimiques (pH, potentiel redox) 244 1.4.1. pH 244 1.4.2. Potentiel redox 245 1.5.Antibiotiques.......................................... 246 1.5.1. Utilisation des antibiotiques chez les animaux d'?vage. . . 246 1.5.2. Utilisation des antibiotiques en th?peutique humaine etimpactsurlamicrofloredigestive................... 249 2.Facteursbiotiques.......................................... 250 2.1. Facteurs li??a physiologie des esp?s bact?ennes 250 2.1.1. Taux de croissance 250 2.1.2. Utilisation pr?rentielle de substrats 250 2.1.3. Affinit?our le substrat 251 2.1A.Besoins ?rg?ques............................... 252 2.1.5.Rendement ?rg?que............................. 253 2.1.6.R?stance? l'acidit?............................. 253 2.1.7. Adh?on aux substrats 253 2.1.8.R?stanceauxantibiotiques ......................... 253 2.1.9. Autres facteurs 254 2.2. Strat?es collectives: interactions entre esp?s autochtones . . . . 255 2.2.1. Nutrition crois?ou compl?ntarit?utritionnelle 256 2.2.2. Production d'acide propionique 257 2.2.3. Transfert interesp?s d'hydrog? 258 2.2A. Comp?tion entre esp?s hydrog?trophes . . . . . . . . . . . . 260 2.2.5. Pr?tion de Bact?es par les Protozoaires cili? . . . . . . . . 262 2.2.6. Comp?tion entre bact?es cellulolytiques 263 2.2.7. Comp?tion entre Bact?es et Champignons. . . . . . . . . . . . 263 2.2.8. Production de bact?ocines et quorum sensing 264 2.2.9. Quorum sensing chez les bact?es ?ram n?tif 264 2.2.10. Interactions entre Protozoaires cili?dans le rumen . . . . . . 265 2.3. Interactions entre esp?s autochtones et micro-organismes allochtones: l'exempledesprobiotiques. .................... 265 Pointscl?................................................. 266 R?rences bibliographiques 266 Chapitre 8 Interactions entre esp?s autochtones et micro-organismes allochtones : l'exemple des probiotiques 273 1. D?nition des probiotiques 274 2. Site d'action des probiotiques et dur?de vie dans le tube digestif. . . . 275 3. Effets des probiotiques chez les Ruminants et les herbivores monogastriques............................................ 275 4. Effets chez les monogastriques 281 4.1. Animal monogastrique 281 4.2. Homme 284 4.2.1. Effets sur l'implantation de la flore digestive chez le nouveau-n?84 4.2.2. Effets sur la microflore digestive de la personne ?e 285 4.2.3. Action sur les troubles gastro-intestinaux. . . . . . . . . . . . . . . 285 4.2.3.1. Diahrr? 285 4.2.3.2. Gastroent?tes virales . . . . . . 286 4.2.3.3. Infections ?elicobacter pylori 286 4.2.4.Effetsurl'intol?nceau lactose...................... 287 4.2.5. Action immunomodulatrice dans les cas d'allergie et de maladies inflammatoires du tube digestif 288 4.2.6. Implication dans la pr?ntion du cancer colorectal . . . . . . . 289 4.2.7.Effethypocholest?l?ant ......................... 289 4.2.8. Applications non intestinales 290 4.3. Probiotiques en aquaculture 290 5.Modesd'action............................................ 291 Pointscl?................................................. 293 R?rences bibliographiques 293 Index 301