Il peut sembler que notre cerveau soit physiquement éloigné de notre intestin, mais ces dernières années, la recherche a fourni des preuves solides suggérant que les immenses communautés de microbes concentrées dans notre tube digestif assurent la connexion entre le cerveau et l'intestin. Le microbiome intestinal influence la fonction cognitive et les émotions, affecte les problèmes d'humeur et de santé mentale, et même la façon dont l'information est traitée. Mais il était difficile de comprendre comment la microflore fait cela.
Jusqu'à récemment, les études sur la connexion entre l'intestin et le cerveau ne montraient principalement qu'une corrélation entre l'état de la microflore intestinale et les processus se déroulant dans le cerveau. Mais de nouvelles découvertes aident à créer une image plus détaillée basée sur des recherches qui démontrent l'implication du microbiome dans les réponses au stress. En se concentrant sur des réponses telles que les sentiments de peur, et en particulier sur la façon dont la peur disparaît avec le temps, les chercheurs examinent maintenant comment le comportement des souris à microflore réduite diffère. Ils ont identifié des différences dans les réseaux neuronaux, l'activité cérébrale et l'expression des gènes, et ont également constaté la présence d'une courte fenêtre de temps après la naissance d'un individu, lorsque la restauration de la microflore, c'est-à-dire la colonisation bactérienne,encore capable de prévenir l'apparition de troubles du comportement chez l'adulte. Ils ont même identifié quatre substances spécifiques susceptibles de contribuer à ces changements. Il est peut-être trop tôt pour prédire quelles thérapies pourraient être proposées une fois que nous comprenons ce lien entre la microflore intestinale et le cerveau, mais ces différences spécifiques soutiennent l'hypothèse d'une relation profonde entre les deux systèmes.
La détermination de ces mécanismes d'interaction avec le cerveau est un défi majeur dans la recherche sur le microbiome, selon Christopher Lowry, professeur adjoint au Département de physiologie intégrative de l'Université du Colorado à Boulder. «Les scientifiques ont des idées intéressantes», a-t-il déclaré.
Coco Chu, auteur principal de la nouvelle étude et chercheur au Weill Cornell Medicine College, s'est intéressé au concept selon lequel les micro-organismes vivant dans notre corps peuvent influencer nos sentiments et nos actions. Il y a plusieurs années, elle a décidé d'étudier ces interactions en détail en collaboration avec des psychiatres, des microbiologistes, des immunologistes et des scientifiques d'autres domaines.
Les chercheurs ont mené un exercice classique pour développer des compétences comportementales avec des souris, dont certaines ont reçu des antibiotiques pour réduire considérablement la quantité de microflore dans leur corps, et certaines d'entre elles ont été élevées isolément afin qu'elles n'aient pas du tout de microflore. Toutes les souris ont également bien appris à craindre le son, suivi d'un choc électrique. Lorsque les scientifiques ont cessé d'utiliser des décharges électriques sur les souris, les souris ordinaires ont progressivement appris à ne pas avoir peur du son. Mais chez les souris «stériles», dans lesquelles la quantité de microflore était réduite ou il n'y avait pas du tout de microflore, la peur ne disparaissait pas - au son d'un signal, elles tombaient généralement plus souvent dans la stupeur que les souris ordinaires.
En regardant à l'intérieur du cortex préfrontal médian, la région du cortex cérébral qui traite les réponses de peur, les chercheurs ont remarqué des différences distinctes dans la microflore réduite des souris: certaines activités génétiques étaient plus faibles. Les cellules gliales de la même espèce n'ont pas été développées. Les épines dites dendritiques - saillies sur les neurones associées au processus de traitement de l'information et d'apprentissage, sont apparues moins souvent et ont disparu plus souvent. Un niveau inférieur d'activité neuronale a été observé dans les cellules d'une espèce. L'impression est que les souris sans microbiomes sains ne peuvent pas oublier la peur et apprendre à ne pas avoir peur. Et les chercheurs ont pu le voir au niveau cellulaire.
Les chercheurs ont également cherché à savoir comment l'état de la microflore intestinale avait provoqué ces changements. Une option possible était pour les microbes d'envoyer des signaux au cerveau par le long nerf vague, qui transmet les signaux sensoriels du tube digestif au tronc cérébral. Mais après avoir coupé le nerf vague, le comportement des souris n'a pas changé. De plus, il semblait possible que la flore intestinale déclenche des réponses immunitaires qui affectent le cerveau. Mais le nombre et le pourcentage de cellules immunitaires chez toutes les souris étaient les mêmes.
Cependant, les chercheurs ont découvert quatre types de substances sécrétées par des micro-organismes intestinaux qui affectent les connexions neurales, qui étaient beaucoup moins présentes dans le sérum, le liquide céphalo-rachidien et les selles de souris avec une microflore insuffisante. Certaines de ces substances ont déjà été liées à des troubles neurologiques chez l'homme. Selon le microbiologiste David Artis, directeur de l'Institut de recherche sur les maladies inflammatoires de l'intestin au Weill Cornell Medicine College et auteur principal de l'étude, des scientifiques travaillant sous sa direction ont suggéré que la microflore peut libérer certaines substances en grandes quantités et que certaines molécules pénètrent dans cerveau.
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L'intérêt grandit dans de nombreux laboratoires pour l'identification de substances spécifiques sécrétées par des bactéries impliquées dans la transmission des signaux du système nerveux, explique Mélanie Gareau, professeure adjointe au département d'anatomie, physiologie et cytologie de l'Université de Californie à Davis. De nombreux métabolites et voies métaboliques sont susceptibles d'être impliqués dans ces processus.
Emeran Mayer, professeur de médecine à l'Université de Californie à Los Angeles et directeur du Oppenheimer Center for the Neurobiology of Stress and Resilience to Stress, note que les résultats de la recherche sur d'autres troubles, tels que la dépression, indiquent également un lien avec certaines substances sécrétées par les microbes. Mais il n'y a toujours pas de consensus sur lequel d'entre eux contribue à la survenue d'une violation. Et bien que de nombreuses personnes atteintes de troubles cérébraux aient clairement changé la microflore intestinale, il est souvent difficile de savoir si le changement est une cause ou une conséquence de la maladie, dit-il. Les modifications de l'état de la microflore peuvent entraîner des problèmes neurologiques, mais les maladies peuvent également entraîner des modifications de l'état du microbiome.
Dans ce domaine, il y a des désaccords non seulement sur les conséquences des perturbations de la microflore, mais aussi sur la microflore saine. «Nous nous sommes depuis longtemps concentrés sur le fait que nous pourrions identifier des types spécifiques de bactéries qui posent le risque de troubles et de maladies liés au stress, ou qui leur fournissent une résistance, et il n'est peut-être pas nécessaire que ce soit un microbe particulier. »Dit Lowry. Même chez les personnes en bonne santé, la microflore est très différente. Des microbes spécifiques peuvent ne pas avoir d'importance si la microflore est suffisamment diversifiée - tout comme pour de nombreux types différents de forêts saines, un type d'arbre particulier peut ne pas être nécessaire.
Cependant, l'étude des effets de la microflore sur le système nerveux est un nouveau domaine scientifique, et il existe même une incertitude quant à la nature de cet effet. Les conclusions tirées des résultats des expériences précédentes sur la question de savoir si les changements dans la microflore contribuent au fait que les animaux oublient la compétence acquise et cessent de ressentir de la peur étaient soit sans fondement, soit contradictoires. Quant aux conclusions auxquelles sont parvenus Coco Chu et ses collègues, elles sont d'une importance particulière, car les scientifiques peuvent apporter la preuve de l'existence d'un mécanisme spécifique à l'origine du comportement qu'ils ont observé. Les études animales comme celles-ci sont particulièrement importantes pour renforcer le lien clair entre le système nerveux et la microflore intestinale, même si elles ne visent pas à trouver des traitements pour les humains, explique Kirsten Tillisch. Professeur de médecine à la David Geffen School of Medicine de l'Université de Californie à Los Angeles. «La façon dont nous« traitons »les émotions, les sensations physiques et les connaissances dans le cerveau humain est si différente de la façon dont cela se produit chez les animaux qu'elle est tout simplement très difficile à appliquer», dit-elle.
En théorie, la présence de certaines substances libérées par la microflore pourrait aider à déterminer qui est le plus vulnérable à des troubles tels que le syndrome de stress post-traumatique (TSPT). Des expériences comme celles-ci pourraient même identifier les voies d'interaction entre le cerveau et le microbiome qui peuvent être influencées par le traitement. «Ces expériences avec des souris nous donnent toujours beaucoup d'espoir que nous approchons du stade de la recherche interventionnelle», explique Emeran Meyer, et grâce à l'utilisation de méthodes précises, ces études produisent souvent des résultats étonnants. Mais les processus qui se déroulent dans le cerveau des souris ne correspondent pas tout à fait à l'activité du cerveau humain. De plus, chez l'homme et la souris, les processus d'interaction entre le cerveau et la microflore intestinale diffèrent, et cet écart est aggravé par le fait queque leur microflore intestinale est différente en raison de la différence de nourriture consommée.
Chez l'homme, les interventions visant à modifier la microflore intestinale peuvent être plus efficaces pendant la petite enfance et la petite enfance, lorsque la microflore intestinale est encore en développement et que la programmation initiale a lieu dans le cerveau, dit Mayer. Dans leur dernière étude, les chercheurs ont vu une fenêtre temporelle particulière dans la petite enfance, lorsque les souris avaient besoin d'une microflore commune pour développer la capacité de supprimer la peur à l'âge adulte. Les souris, qui pendant les trois premières semaines ont été complètement isolées des effets des microbes, ont ensuite été placées dans des conditions où elles se trouvaient avec des souris qui avaient la microflore intestinale habituelle. Les souris "stériles" ont prélevé des microbes sur d'autres souris, et en conséquence elles ont développé une microflore riche. Mais quand ils ont grandi, et avec eux les mêmes expériences ont été menées sur le "sevrage de la peur",leurs résultats étaient encore faibles. À l'âge de quelques semaines seulement, ils étaient tous trop vieux pour acquérir la compétence normale d'apprendre à réprimer leur peur.
Mais lorsque la microflore a été restaurée chez les souris nouveau-nées, qui ont reçu un microbiome riche après les avoir placées chez des parents adoptifs, les souris ont grandi et se sont comportées normalement. Il s'est avéré que dans les premières semaines après la naissance, la microflore est très importante - et cette observation correspond pleinement au concept plus universel selon lequel les circuits neuronaux qui régissent la capacité à ressentir la peur sont sensibles à un âge précoce, dit Tillisch.
La capacité de «briser l'habitude de la peur», que les chercheurs ont étudiée, est une compétence évolutive fondamentale, a déclaré Artis. Savoir ce qui déclenche la peur et la capacité de s'adapter lorsque ce n'est plus une menace peut être essentiel à la survie. L'incapacité à supprimer la peur est également observée chez les personnes atteintes de SSPT et est liée à d'autres troubles cérébraux, donc l'approfondissement des connaissances scientifiques sur les mécanismes qui affectent ce réseau neuronal peut nous aider à comprendre les comportements humains de base et à préparer le terrain pour les options de traitement.
À l'échelle de l'évolution, la flore intestinale humaine a changé avec la croissance de la population urbaine, et les lésions cérébrales sont de plus en plus importantes. Les nombreux microbes qui vivent en chacun de nous ont évolué avec notre espèce, et il est très important que nous comprenions comment ils affectent la santé physique et mentale, dit Lowry. Grâce à la microflore, l'environnement peut également influencer notre système nerveux, ce qui complique davantage le processus d'étude de la santé et des maladies du cerveau.
Elena Renken
