Les mécanismes d’action des probiotiques sont complexes: ils vont de la concurrence entre bactéries pour les points de fixation à la paroi intestinale, jusqu’à la modulation du système immunitaire [1].

La liste des mécanismes d’action présentée ici n’est pas exhaustive. Mais tous les mécanismes d’action présentent un point commun: les effets du probiotique sont propres à la souche bactérienne.

Une récente étude en a apporté la preuve au niveau moléculaire. Le transcriptome, cet ensemble de toutes les molécules d’ARN impliquées dans la transcription, de l’appareil digestif dépend de la souche bactérienne administrée [2].

1. Concurrence pour les nutriments

Le microbiote de l’intestin ne dispose que d’une quantité limitée de nutriments exploitables. Si l’on absorbe des probiotiques, ceux-ci entrent en concurrence avec les autres micro-organismes de l’intestin pour la nourriture. La quantité de nutriments accessibles aux agents pathogènes s’en trouve réduite.

À cet égard, le fer est une substance intéressante. Dans des conditions normales, le fer de l’organisme est éliminé par la transferrine et la lactoferrine. Cela limite la prolifération des bactéries, car elles ont toutes besoin de fer. Toutes sauf les lactobacilles, d’où l’intérêt de ces micro-organismes en tant que probiotiques.

2. Fermentation de composants alimentaires non digérés

Les bonnes bactéries fermentent les matières alimentaires non digérées, notamment les oligosaccharides. Le processus est d’ailleurs appelé fermentation saccharolytique. La fermentation des protéines (fermentation protéolytique) produit des liaisons toxiques comme le phénol ou l’ammoniac [7].

3. Production de substances utiles

Production de butyrate et de vitamine K

La fermentation saccharolytique des fibres difficiles ou impossibles à digérer produit des acides gras à chaîne courte comme le butyrate. Le butyrate est une importante source d’énergie pour les cellules épithéliales du gros intestin. Les bonnes bactéries fabriquent aussi de la vitamine K dans le gros intestin [8].

4. Antagonisme direct

Production de liaisons antibactériennes et de mucine

Durant la fermentation, les probiotiques produisent de l’acide lactique, qui abaisse localement le pH à l’intérieur de l’intestin. La colonisation par les agents pathogènes en est freinée. Les liaisons antibactériennes ainsi produites, aussi appelées bactériocines, entravent la prolifération des bactéries pathogènes dans l’intestin.

Les probiotiques stimulent la production et la sécrétion de mucine, un composant du mucus intestinal. Un bon mucus peut entraver la fixation des agents pathogènes aux cellules épithéliales.

5. Concurrence pour les fixations

Chaque micro-organisme possède dans le système digestif un endroit où les conditions lui sont particulièrement favorables, qu’on appelle niche.

Les probiotiques de l’intestin peuvent concurrencer les autres micro-organismes pour l’occupation des points de fixation aux cellules épithéliales, points en nombre limité.

L’administration de probiotiques empêche les agents pathogènes de se fixer facilement et de provoquer des infections. Ce mécanisme est aussi appelé exclusion compétitive ou résistance à la colonisation.

Dans un intestin sain, les bactéries commensales occupent leur place, se fixant à des structures spécifiques de la paroi intestinale. Mais après une cure d’antibiotiques, le microbiote a largement disparu, et les agents pathogènes comme Clostridium ont toute la place pour se fixer.

6. Renforcement des jonctions serrées

Les cellules épithéliales du tube digestif sont reliées entre elles par un réseau complexe de protéines, comme l’occludine et la claudine, les jonctions serrées.

Les bactéries commensales et les probiotiques peuvent renforcer la fonction de barrière des jonctions serrées. Certaines bactéries sont en mesure de prévenir, voire d’annuler les effets négatifs des agents pathogènes sur ces barrières [9].

Sport intensif et jonctions serrées

Le sport intensif impose une contrainte à l’organisme et la perte des jonctions serrées y intervient pour une large part. Lorsque les jonctions serrées ne fonctionnent pas bien, l’intestin ouvre la voie («leaky gut» ou intestin perméable) à la pénétration des micro-organismes pathogènes et des virus, mais aussi de molécules plus grosses comme les protéines.

Cela peut expliquer pourquoi les sportifs sont sensibles aux infections et au développement des allergies après l’effort. Le sportif doit pouvoir se reposer après l’effort et éviter le contact avec un trop de personnes, pour des raisons de contagion.

En donnant des probiotiques  on peut éviter l’affaiblissement des jonctions serrées et le risque d’intestin perméable [11].

7. Régulation du système immunitaire

Certaines bonnes bactéries peuvent réguler le système immunitaire pour réduire, voire prévenir les infections. Les probiotiques jouent un rôle dans le développement et le fonctionnement du système immunitaire inné et acquis.

Certains probiotiques favorisent la différenciation des cellules B en cellules de plasma, qui produisent des IgA sécrétoires (sIgA) [13]. Les molécules sIgA n’activent pas le «système du complément» (un élément du système immunitaire inné), ce qui leur donne un pouvoir anti-inflammatoire. En se liant aux agents pathogènes, les molécules sIgA leur interdisent l’accès à la lamina propria et les évacuent ensuite.

Les probiotiques peuvent aussi éviter l’activation du facteur de transcription NF– κB [9], ayant pour effet de limiter la production d’interleukine–8 (IL–8).

L’IL–8 remplit un important rôle de modulation dans les processus inflammatoires. Certaines souches bactériennes probiotiques ont un effet sur la sécrétion par les cellules immunitaires (respectivement IL–10 et IL–12) de cytokines, qui réduisent ou stimulent l’inflammation [13].

8. Régulation du système immunitaire

Les probiotiques influencent le fonctionnement des cellules dendritiques, qui détectent les dangers éventuels à l’intérieur de l’intestin et déclenchent une réaction des cellules T [12].

Les probiotiques peuvent aussi orienter le système immunitaire dans le sens d’une réaction plus tolérante. On a par exemple montré la corrélation entre l’expression génique des muqueuses du duodénum et une réaction plus tolérante, après ingestion de Lactobacillus plantarum  [2][1].

Les probiotiques permettent d’éviter que la réponse du système immunitaire soit plus forte que nécessaire. À cette fin, les probiotiques stimulent les cellules T-régulatrices (Treg) du système immunitaire. Les Treg atténuent la réaction du système immunitaire à une visite indésirable [1].

Certains probiotiques répriment la réponse inflammatoire Th1 et la production de cytokines inflammatoires comme IL–12 et TNF-alpha, des phénomènes qui peuvent aussi être induits par l’activation d’une cellule dendritique.

Références

[1] Ng et al. Inflamm. Bowel. Dis. 2009; 15(2), 300-310.
[2]Walker, Clin. Infect. Diseases. 2008; Feb 1;46 Suppl 2:S87-91; discussion S144-51.
[3]Sherman et al., Nutr. Clin. Pract. 2009; 24(1), 10-14.
[4]Oelschlaeger, Int. J. Med. Micribiol. 2010; 300(1), 57-62.
[5]Bron et al., Nature Rev. Microbiol. 2012; 10, 66-78.
[6][Pubmed] Van Baarlen et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA. 2011; 108 Suppl 1, 4562–4569.
[7][Thèse] Henrike M. Hamer, « Short chain fatty acids and colonic health ». 2009. [8]]Conly JM, Stein K Pror Scig Food Nut. 1992 Oct-Dec;16(4):307-43
[9][Abstract] Dulantha Ulluwishewa et al., The Journal of Nutrition. 2011; 141(5), 769-776.
[10]  [Free Paper] Thomas S, AACI 2010 ;6(1):31. doi: 10.1186/1710-1492-6-31.
[11] Lamprecht M, Frauwallner A. Med Sport Sci. 2012;59:47-56. doi: 10.1159/000342169. Epub 2012 Oct 15
[12][Abstract] Baarlen P. et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 2009, 17; 106 (7): 2371-6.
[13][PubMed] Sherman et al., Nutr. Clin. Pract., 2009; 24(1), 10-14.
[14][free paper] Donato et al, Microbiology, 2010, 156 3288-3297 doi 10.1099/mic.0.045443-0