Quelques études récentes ou en cours sur la transplantation de microbiome oral :

Caries et parodontites

ETUDE : Development and characterization of an oral microbiome transplant among Australians for the treatment of dental caries and periodontal disease: A study protocol (NATH, 2021, ici) :

• il s’agit de tester la résolution de la dysbiose orale
• prélèvement (200 µL) de plaque supragingivale auprès de 600 personnes en bonne santé
• analyse de 100 µL
• les 100 µL restants sont mélangéss avec 25% de salive artificielle et inoculés à un modèle de cellules pour croissance pendant 14 jours (on vérifie la croissance et le fait que les microbiote a survécu).
• sélection des échantillons avec les microbiotes les plus sains, mélangés avec un hydrogel pour la transplantation chez le receveur
• test de l’efficacité de la transplantation de microbiote oral en ce qui concerne les caries et la parodontite, sur un modèle animal.

ETUDE : Oral Microbiota Transplant in Dogs with Naturally Occurring Periodontitis (BEIKLER, 2021, ici) : pas de résultat significatif à 12 semaines.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8217902

The oral microbiome in health and disease (WADE, 2013 – 1763 citations 11/25)

• Le microbiome oral comprend virus, champignons, protozoaires, archées, bactéries.
• Les bactéries sont responsables des caries et des maladies parodontales
• Près de la moitié des bactéries buccales restent non cultivables.
• Base de données du microbiome oral humain (MOH) : www.homd.org
• Le MOH présente peu de variations géographiques, mais beaucoup de spécificités individuelles au niveau de l’espèce.
• Caries et parodontites ne sont pas strictement des maladies infectieuses car elles résultent d’une interaction entre le microbiote commensal, la susceptibilité de l’hôte et des facteurs environnementaux (tabagisme, alimentation). La parodontite résulterait d’une inflammation inappropriée en réaction au microbiote normal.
• La diversité phylogénétique du MOH est grande, mais une approche fonctionnelle serait plus appropriée ((et plus simple)) puisqu’il y a une grande redondance fonctionnelle, pour comprendre les interactions hôte-microbiome.
• Avec environ 1000 espèces bactériennes, le MOH est le plus complexe après le microbiote du colon.
• L’identification des espèces ne révèle pas la variété génétique au sein de l’espèce et l’influence de l’environnement sur le phénotype.
• Exemples de virus :
  • oreillons, rage infectent les glandes salivaires
  • hépatite C et VIH, qui infectent le sang, peuvent pénétrer dans la bouche par le fluide gingival
  • virus d’infection des voies respiratoires supérieures
  • herpès simplex chez la majorité des nouveaux-nés (réactivation ultérieure en herpès labial)
  • papillomavirus (responsables de plusieurs affections buccales)
  • majorité de bactériophages
• protozoaires normaux :
  • Entamoeba ginvivalis
  • Trichomonas tenax
  • … leur nombre augmente et ils deviennent un problème si mauvaise hygiène ou pathologie
• Champignons :
  • Candida asymptomatiques chez la moitié des individus, avec augmentation de la prévalence avec l’âge. Responsables de nombreuses infections chroniques et aiguës. Identification de 85 genres fongiques chez 20 individus sains – mais pas de certitudes sur la colonisation buccale car on a pu détecter des spores transitoires (alimentation) ou aéroportés (contamination).
• Archées :
  • En faible nombre, tous méthanogènes. Prévalence augmente en cas de parodontite. ((recherches en cours à l’IHU sur leur rôle pathogène))
• Bactéries :
  • aérobies strictes + anaérobies facultatifs et stricts, avec capacité de dégradation des sucres et protéines et leurs sous-produits
  • les méthodes récentes de séquençage à haut débit a permis un progrès dans l’identification des espèces et notamment le Human Microbiome Project (lien) qui identifie les microbiotes des divers organes – ainsi, dans la bouche, 7 surfaces sont colonisées par 3 communautés distinctes :
    • muqueuse buccale, gencives, palais dur,
    • salive,
    • langue,
    • amygdales,
    • gorge,
    • plaque supragingivales,
    • plaque sous-gingivale

@…

Microbiome du tube digestif

ETUDE : Composition of the adult digestive tract bacterial microbiome based on seven mouth surfaces, tonsils, throat and stool samples (SEGATA 2012, cit. 1297 11/25, voir)

Résumé :

• étude du microbiote du tube digestif d’individus sains (habitats divers, organe présentant la densité bactérienne la plus élevée)
• analyse du microbiote bactérien de 10 sites de prélèvement (habitats), 200 adultes participants au Human Microbiome Project (collecte totale sur 14 à 18 sites)
• analyse du potentiel métabolique (par métagénomique : détermination du microbiome intégré) de 4 sites pour un sous-ensemble de sujets habitant dans deux sites US éloignés
• Résultat :
• 4 groupes de communautés bactériennes se dégagent (compositions similaires selon les sites) :
  • muqueuse buccale, gencive kératinisée, palais dur,
  • salive, langue, amygdale, gorge,
  • plaque subgingivale et supragingivale
  • selles
• détection de genres comprenant des membres pathogènes
• les communautés dentaires sont différentes mais pas entièrement de celles des autres surfaces buccales
• Les familles Porphyromonadaceae, Veillonellaceae et Lachnospiraceae sont communes à tous les site, mais la représentation de leurs genres est variable selon le site
• Presque tous les processus métaboliques étaient représentés sur tous les sites, mais avec une abondance métagénomique variable :
  • exemple : différences de types de transporteurs de sucres entre la plaque supragingivale, les autres surfaces buccales, les selles,
  • exemple : différence de distribution de la production d’hydrogène et d’hydrogène sulfuré

Background :

• en bonne santé, les bactéries participent au développement de la barrière muqueuse et des réponses immunitaires innée et adaptative, et elles bloquent l’établissement de pathogènes.
• dans la maladie avec affaiblissement de la barrière muqueuse, les bactéries commensales peuvent devenir un stimulus inflammatoire chronique pour les tissus adjacents et perturber l’immunité comme dans :
  • l’athérosclérose,
  • le diabète de type 2,
  • la stéatose hépatique non alcoolique,
  • l’obésité,
  • les maladies inflammatoires de l’intestin
• établir le microbiome associé à la santé permet de détecter des variations dans le microbiome associé à la maladie
• le HMP (Human Microbiome Project) du NIH caractérise le microbiome d’un grand nombre d’adultes normaux et permet d’identifier des niches métaboliques spécifiques chez les individus (les 11 @… études précédentes comprenaient moins de 20 personnes, et les 5 @… portant sur plus de 100 personnes se focalisaient sur un site particulier). Il a permis de cataloguer la composition et la structure des communautés microbiennes (3 études) ainsi que leur métagénome.
• pour cette étude, dans le HMP, on a constitué un sous-ensemble de sujets sains (voir les critères de recrutement @10) habitant deux régions éloignées des USA pour étudier les microbiomes intégrés oraux, oropharyngés et intestinaux pour étudier :
  • la composition
  • les abondances relatives,
  • le potentiel phylogénétique (voir glossaire) et métabolique selon le site dans le système digestif
  • 10 sites ont été étudiés
    • 7 buccaux : muqueuse buccale, gencive attachée kératinisée, palais dur, salive, langue, deux surfaces dentaires
    • 2 oropharyngés : gorge (paroi postérieure de l’oropharynx), amygdales palatines
    • colon
  • bien que les muqueuses au-dessous du pharynx soit connues pour abriter des communautés distinctes, ces sites n’ont pas été inclus pour éviter des procédures invasives (voir 16, 17, 28)
  • on en a déduit 4 groupes de communautés microbiennes qui incluent des taxa qualifiés comme « phyla environnementaux »
  • des genres caractérisés par des espèces pathogènes (??? @…) étaient largement répartis parmi les sujets de l’étude
  • chaque site, au sein des groupes, comme entre les groupes, avaient une structure communautaire très particulière, avec une variabilité modérée parmi les sujets de l’étude, et avec des abondances distinctes de processus métaboliques microbiens au sein de chaque communauté

Résultats :

4 types de structures communautaires pour les 10 sites du tractus digestif

Deux phylums, Firmicutes et Bacteroidetes, dominent dans tous les sites mais leurs proportions ainsi que celles des tous les taxas conduisent à une répartition en 4 groupes :

1. Muqueuse buccale, gencive kératinisée, palais dur
   • Firmicutes, Proteobacteria, Bacteroidetes and Actinobacteria or Fusobacteria (par ordre numérique décroissant)
   • par rapport aux autres groupes, abondance élevée de Streptococcus
2. Salive, langue, amygdales, gorge :
   • Bacteroidetes, Fusobacteria, Actinobacteria and TM7 (et moins de Firmicutes ((pas clair)) )
   • par rapport aux autres groupes, une répartition plus égale des genres les plus abondants : Streptococcus, Veillonella, Prevotella, Neisseria, Fusobacterium, Actinomyces et Leptotrichia (en moyenne à 2%)
3. Plaque sous et supra-gingivale
   • plus d’Actinobacteria et encore moins de Firmicutes
   • par rapport aux autres groupes répartition plus égales des genres les plus abondants : les 7 du groupe 2 plus Corynebacterium, Capnocytophaga, Rothia and Porphyromonas (à plus de 2% tous)
4. Fèces
   • 60% de Bacteroidetes, puis Firmicutes et abondance relative faible de Proteobacteria et Actinobacteria, et moins de 0.01% de Fusobacteria
   • par rapport aux autres groupes, abondance élevée de Bacteroidetes

Ces différences, jusqu’au niveau du genre, étaient constantes dans toute la cohorte ((ce n’est pas seulement des moyennes)) avec des différences marquantes entre des sites proches comme le dessus de la langue (groupe 2) et le palais dur (groupe 1).

On observe que dans le groupe 1, parmi les Firmicutes, on a une abondance relative (aux autres groupes) supérieure des genres Streptococcus (Stretococcaceae) et Gemella (Staphylococcaceae). Et dans le groupe 2, si les Firmicutes sont moins nombreux, on a une abondance relative supérieure de genres de Clostridia : Oribacterium et Catonella (Lachnospiraceae), ainsi que Veillonella (Veillonellaceae). Etc ((voir article))

Les groupes différent aussi par des paramètres statistiques écologiques. La bêta-diversité des échantillons est plus proche au sein d’un groupe qu’entre groupes. Etc ((voir article))

Des phyla environnementaux font partie du microbiote naturel des humains sains

Des phyla bactériens qu’on pensait exclusivement environnementaux apparaissent dans le microbiote (etudes 33-36). Par exemple, TM7 était présent dans au moins un échantillon de 85% des sujets, et dans les selles de 14% des sujets. Etc ((voir article))

Des genres caractérisés par des membres pathogènes sont faiblement présents dans le microbiote normal

((pas grande valeur de cette observation : même au niveau de l’espèce, il peut y avoir une variété, certaines souches étant pathogènes, d’autres non – cf. étude sur les plus de 70 souches de Corynebacterium acnes)).

Ex. Des espèces de Treponema, liées maladies parodontales et endodontales étaient présents dans le système digestif supérieur de 96% des sujets.

Porphyromonas gingivalis était présent dans l’appareil digestif supérieur de tous les sujets. ((possibilité de souches non pathogènes ? ou bien équilibrée par d’autres ?)) et dans 25% pour le colon.

De même lest genres incluant des pathogènes importants comme Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes, Neisseria meningitidis et Haemophilus influenzae étaient présents dans l’appareil digestif supérieur mais les espèces n’ont pu être identifiées ((hypothèses : ces genres présents protègent contre les pathogènes car sont des rivaux avec des espèces ou des souches inoffensives – ou bien résistance immunitaire de l’hôte génétique et/ou acquise)).

Comparaison des communautés subgingivale et supragingivale

Plus d’anaérobie strict en subgingival. Et plus d’anaérobie facultatifs en supragingival.

Physiologiquement, le potentiel redox est plus faible dans le milieu subgingival.

Plus d’anaérobies obligatoires en subgingival : Fusobacterium, Prevotella et Treponema

Le microbiote oropharyngé ne présente pas d’abondance bactérienne spécifique propre à ce site

Le pharynx est le site de portage de nombreux pathogènes bactériens pour les individus sains ou immunocompromis.

Pas de biomarqueur au niveau du genre caractérisant le microbiote du système digestif par rapport à des microbiotes non muqueux.

Les microbiotes non muqueux analysés par le HMP concernaient : les narines, le pli derrière l’oreille, le pli interne du coude.

Propionibacterium, Staphylococcus, and Pseudomonas sont des biomarqueurs des sites non-muqueux.

Les familles présentes dans tous le tractus digestifs présentent des distributions différentes entre le haut et le bas du tractus

Si on ne considère que les genres présents chez 45% des sujets, alors il y a peu de chevauchement entre microbiote oro-pharyngé et microbiote du colon. ((les genres fréquents dans la population sont adaptés soit au colon soit à l’oro-pharynx – les genres moins fréquents peuvent être plus fréquemment présents à la fois dans le colon et dans l’oropharynx)).

Mais leur abondance peut être variable d’un sujet à l’autre. Bacteroides et Dialister sont parmi les quatres genres les plus variables d’un sujet à l’autre.

Importance des familles Lachnospiraceae, Veillonellaceae et Porphyromonadaceae chez les sujets sains : abondance relative chez tous les sujets et tous les sites.

Répartition des fonctions métaboliques selon les sites (reconstruites à partir d’un séquençage shogun global)

A été effectué pour un site de chaque groupe :

1. muqueuse buccale
2. dos de la langue
3. plaque supragingivale
4. selles

On a produit l’abondance relative :

• des familles d’enzymes individuelles
• des modules métaboliques complets

« Les cellules bactériennes utilisent une grande variété de voies de dégradation aérobies ou anaérobies comme sources d’énergie, ce qui était particulièrement évident dans les différences d’abondance relative de transporteurs de sucres spécifiques entre la cavité buccale et l’intestin. »

((la production d’énergie n’est pas que la seule activité – il s’agit d’organismes vivant en communauté, entre lesquels il peut exister des symbioses parfois complexes, c’est à dire de possibles symbioses circulaires impliquant plusieurs micro-organismes, ou plus généralement des symbioses « en réseau » c’est à dire un peu n’importe quelle structure ! De la même façon que notre activité d’humains ne consiste pas qu’à manger.))

Transporteurs de sucres :

• dans la bouche, transporteurs PTS pour les sucres simples monosaccharides :
  • mannose M00276
  • fructose M00304
  • galactosamine M00287 (issu de la dégradation de glycoprotéines
• dans la plaque supra-gingivale, transporteurs de thréhalose (M00270, M00204), d’alpha-glucosides (M00201, M00200) et de cellobiose (M00206),
• dans le colon, transporteurs de lactose/arabinose (M00199) et d’oligogalacturonide (M00202), ainsi qu’en transporteurs de sulfate de dermatane (M00076), de chondroïtine (M00077) et d’héparine (M00078)
• dans la bouche transporteurs de putrescine, particulièrement représentés dans la cavité buccale (M00193, M00300) – ces transporteurs sont liés aux voies anaérobies et on s’attendait à les trouver tout au long du tube digestif – la production et l’importation équilibrée de putrescine évite l’halitose

Enzymes et voies métaboliques importants présents dans le colon :

• β-glucosidase (K05349), plus présente que dans la bouche (essentielle à la dégradation de la cellulose en β-D-glucose)
• module de la voie de la glycolyse (M00001), associé à la voie d’Embden-Meyerhoff, principale voie de métabolisation du glucose en pyruvate (concorde avec présence prédominante de Ruminococcus dans les selles, bactéries ayant une activité cellulolytique)
• bactéries productrices d’ammoniaque (M00028, cycle de l’urée, et M00029, biosynthèse de l’ornithine) et de méthane (M00356 et M00357, méthanogenèse) – l’antibiothérapie est efficace en cas de maladie acquise d’hyperammoniémie;
• forte abondance de protéine de résistance multiple aux antibiotiques (K05595) et association avec la voie d’oxydo-réduction pyruvate:ferroxydine qui joue un rôle dans la conversion du métronidazole en sa forme active nitroso, ce qui peut déterminer la sensibilité à cet antibiotique
• ces comportements potentiellement pathogènes ((lesquels ? tous ?)) s’ajoutent aux activités attendues de production d’énergie à partir de cellulose non digérée, de composés azotés, de vitamines et de cofacteurs nécessaires pour les voies métaboliques fondamentales

Le HMP a été optimisé pour les séquences bactériennes, mais le séquençage shotgun permet d’approcher la structure de communautés non analysables par l’ARNr 16S ((autres que bactéries)) :

• 0,04% d’archées dans les selles (indétectables dans la bouche)
• 0,34% de petits eucaryotes dans la muqueuse buccale (moins de 0,1% ailleurs)

On a pu trouver des corrélations entre certaines abondances bactériennes (déterminées par l’ARNr 16S) et des voie métabolique (issues de la métagénomique shotgun) : ce sont des gènes portés par ces organismes. Dans d’autres cas, des voies métaboliques étaient pangénomiques :

• gènes de l’arabinofuranosyltransférase aftA et aftB (K13686 et K13687) seulement présents à la surface des dents et dont on sait qu’ils existent dans Corynebacterium, un biomarqueur de la plaque dentaire – forte corrélation entre les présences des gènes et du clade ((mais ce sont des sujets sains – ce gène n’a peut être pas de rôle dans la pathologie ?))

Acquisition et exportation de métaux (utile pour l’homéostasie bactérienne et rôle dans la pathogénicité), notamment du fer – présentes dans tous l’organisme humain. (voir p.11 col.g.) […]

Immunomodulation (relation microbiote – système immunitaire, plus étudiée pour le microbiote digestif). Deux voies sont importantes et présentes dans tous le tractus digestif :

• production d’hydrogène : sous-produit important des bactéries acétogènes – action anti-inflammatoire
  • dans la bouche : par des espèces génomiques de Veillonella et Selenomonas [59]
• production de sulfure d’hydrogène : régulateur de l’immunité à faible concentration, toxicité cellulaire à forte concentration

Pour plus de 45% des sujets, des genres sont présents à la fois dans la bouche et le colon :

• Bacteroides, Faecalibacterium, Parabacteroides, Eubacterium, Alistipes, Dialister, Streptococcus, Prevotella, Roseburia, Coprococcus, Veillonella et Oscilibacter.
• Mais comme on ne sait rien des espèces, on ne sait pas si cela correspond à un ensemencement du colon par la bouche ((pourtant quelle autre méthode pour que des bactéries atteignent le colon ?))

Hypothèse : Deux facteurs déterminants de la composition microbienne du tube digestif au-dessus de l’estomac :

• la salive, par son effet tampon sur le pH et sa forte teneur en nutriments (mucine),
• l’épithélium :
  • épithélium squameux non kératinisé stratifié
  • sauf pour la gencive kératinisée, le palais dur et certaines parties du dos de la langue : épithélium squameux kératinisé

La gorge est le seul site qui reçoit beaucoup de particules extérieures, dont microbes, piégées dans le mucus, notamment celles propulsées par les cils respiratoires de la trachée ou en provenance de la cavité nasale. Ces particules descendent jusqu’à l’estomac. Pourtant on ne note pas de différence de composition de la gorge : composition semblable à des sites beaucoup moins exposés.

La mucovisdose montre que beaucoup d’infections sont dues à des micro-organismes de l’oropharynx.

On n’a pas étudié les régions baignées non par la salive, mais par le mucus – malgré des sites échantillonés par le HMP : ex. narines antérieures et les lieux plus difficilement échantionnables tels que cavité nasale, nasopharynx, oesophage, voies respiratoires.

Un phylum tel que Synergistetes est présent massivement (jusqu’à 10% dans certains échantillons) mais uniquement chez certains individus. On le catalogue comme environnemental.

CONCLUSIONS

…

Dans les habitats subgingivaux parodontiques, une dérive du potentiel redox facilite l’émergence de pathogènes anaérobies tels que porphyromonads qui sont déjà présent en faible nombre dans l’état de santé. D’où l’idée qu’il peut exister des biomarqueurs prédicteurs des pathologies futures.

METHODES

HMP : collecte d’échantillons sur 15 et 18 sites : les narines antérieures, l’oropharynx (deux spécimens), la cavité buccale (sept spécimens), la peau (quatre spécimens), les selles et le vagin (trois spécimens par femme).

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(@@ P11 COL D)