Bébés, microorganismes et cerveaux
Par Liz Do
Illustration par Phil Wheeler
Que peut nous apprendre l’étude des bactéries chez les bébés? L’étude de leurs microorganismes pourrait nous apporter des données essentielles sur le mystérieux axe intestin-cerveau. Voici ce que nous savons de son impact sur le développement neurologique et la santé humaine.
Des données croissantes suggèrent que les bactéries de l’intestin peuvent influencer le développement du cerveau et la santé. Cependant, les mécanismes précis qui les unissent – l’axe intestin-cerveau – demeurent un mystère.
« Évidemment, il n’y a pas de microorganismes qui vont coloniser le cerveau et nous rendre malades. Mais les microorganismes intestinaux doivent envoyer quelque chose, un message, au cerveau », explique Brett Finlay, coresponsable du programme Microbiome humain.
Les percées dans le domaine de l’axe intestin-cerveau pourraient améliorer la vie dans divers domaines, qu’il s’agisse de santé mentale, de santé digestive ou de fonction immunitaire.
Alors que des scientifiques de par le monde explorent le lien au cœur de ce mystère de la science, certaines personnes se tournent vers nos premières expériences pour mieux comprendre.
Pour l’instant, nous savons que les microorganismes intestinaux sont capables de produire des neurotransmetteurs, comme la sérotonine et l’histamine. De plus, les microorganismes interagissent étroitement avec le système immunitaire – provoquant par exemple une inflammation – qui peut ensuite affecter les fonctions cérébrales. Il y a aussi le nerf vague, dont les signaux se promènent de l’intestin au cerveau, permettant de maîtriser la fréquence cardiaque, la digestion et même nos émotions.
« De plus en plus de données probantes chez l’adulte montrent que certains aspects du microbiome sont importants pour la fonction cérébrale, mais il y a peu de données sur le développement pendant les premières années de la vie » - Laurel Trainor
Photos reproduites avec l’aimable autorisation des scientifiques
« Cette idée fait l’objet de beaucoup de réflexions, à savoir que les microorganismes sont d’une manière ou d’une autre liés aux signaux le long de cette terminaison nerveuse », explique Finlay, professeur aux Laboratoires Michael Smith de l’Université de la Colombie-Britannique. Finlay a passé plus de 30 ans à étudier les microorganismes pathogènes, comme E. coli, afin de mettre au point de meilleurs outils pour lutter contre les infections.
Bien que le lien soit clair et que les scientifiques aient réalisé des avancées considérables dans la compréhension de l’axe intestin-cerveau, la nature complexe du système nerveux et la diversité stupéfiante du microbiote intestinal humain – qui varie beaucoup en fonction du régime alimentaire, des gènes et de l’environnement d’une personne, pour ne citer que quelques facteurs – compliquent énormément la compréhension des subtilités de ce microbiote.
Des scientifiques du CIFAR comme Finlay ainsi que Laurel Trainor, membre du programme Cerveau, esprit et conscience et professeure de psychologie, de neuroscience et de comportement à l’Université McMaster, ouvrent la voie à la création de nouvelles connaissances.
Après une réunion commune entre les deux programmes du CIFAR qui a mené à une collaboration, les deux scientifiques ont publié, avec Janet Werker, ancienne membre du CIFAR, une étude portant sur les différents types de bactéries intestinales présentes chez le nourrisson et leur lien avec le développement cognitif précoce.
« De plus en plus de données probantes chez l’adulte montrent que certains aspects du microbiome sont importants pour la fonction cérébrale, mais il y a peu de données sur le développement pendant les premières années de la vie », a déclaré Trainor, psychologue cognitive qui étudie la perception, la cognition et la neuroscience de la musique.
« C’est pourquoi nous souhaitions examiner si l’état du microbiome précoce du nourrisson était lié à son développement cognitif et cérébral. Il s’agit d’une question passionnante, car si c’est le cas, cela suggère que certaines interventions pourraient optimiser la trajectoire développementale du nourrisson. »
Photos reproduites avec l’aimable autorisation des scientifiques
« Évidemment, il n’y a pas de microorganismes qui vont coloniser le cerveau et nous rendre malades. Mais les microorganismes intestinaux doivent envoyer quelque chose, un message, au cerveau. » - Brett Finlay
Les scientifiques ont prélevé des échantillons de selles de 56 nourrissons âgés de quatre à six mois et ont analysé les bactéries à l’aide d’une méthode appelée séquençage métagénomique à l’emporte-pièce. Parallèlement, l’équipe a mesuré la capacité du cerveau du nourrisson à suivre les rythmes et à distinguer la parole directe et la parole inversée, ainsi que sa capacité à se livrer à ce que l’on appelle l’attention sociale conjointe – une situation dans laquelle deux personnes se concentrent ensemble sur un moment ou un objet.
Les résultats ont révélé que les nourrissons dont le cerveau arrivait mieux à suivre les rythmes et qui faisaient preuve d’une meilleure attention sociale conjointe avaient tendance à avoir certains types de bactéries intestinales susceptibles d’influencer le développement neurologique.
Globalement, l’étude suggère que les bactéries intestinales du nourrisson pourraient jouer un rôle dans le développement et le fonctionnement du cerveau, mais il faudra d’autres recherches avant de pouvoir se prononcer avec certitude. Voilà pourquoi Finlay et Trainor ont l’intention d’étendre leurs travaux à l’avenir, y compris l’étude du microbiome de bébés prématurés.
« Notre étude constituait une petite validation de principe. Pouvons-nous la reproduire? Nous avions quelques pistes, mais nous aurions besoin de beaucoup plus de données pour tout préciser », explique Finlay.
Thomas McDade, coresponsable du programme Développement du cerveau et de l’enfant, est un autre scientifique du CIFAR qui étudie l’axe intestin-cerveau et son impact sur le développement.
Professeur au département d’anthropologie de l’Université Northwestern, McDade s’intéresse à la façon dont l’expérience se transpose en biologie – comment l’endroit où nous vivons, les personnes avec qui nous vivons et les communautés dans lesquelles nous grandissons s’inscrivent dans notre génome. McDade s’intéresse ensuite à la manière dont ces facteurs influencent nos systèmes physiologiques et, en fin de compte, notre santé mentale et physique au fil du temps.
« Tôt dans ma carrière, j’ai appris qu’il y avait différentes façons d’envisager le corps et pas seulement la façon dont il devient malade, mais comment il fonctionne en réaction à l’environnement dans lequel nous grandissons », explique McDade.
« Et si l’intensité et la diversité des expositions microbiennes de la petite enfance permettaient de prédire la trajectoire du vieillissement cognitif? » - Thomas McDade
Photos reproduites avec l’aimable autorisation des scientifiques
Il s’intéresse en particulier à l’inflammation qui constitue un élément important des mécanismes de défense innés contre l’infection et aide l’organisme à guérir après une blessure. Il s’agit d’un système incroyablement puissant : si nos réactions inflammatoires sont exagérées ou activées de manière chronique, elles peuvent causer des dommages, notamment au cerveau et à d’autres systèmes.
« Nous nous rendons compte que l’inflammation est à l’origine de nombreuses maladies chroniques dégénératives, comme la maladie cardiovasculaire et la maladie métabolique, ainsi que la maladie d’Alzheimer et d’autres démences – elles ont toutes une composante inflammatoire », explique McDade.
Ses travaux récents ont porté sur l’étude de la diversité de l’exposition microbienne dans la petite enfance, ainsi que sur les facteurs nutritionnels comme l’allaitement, et leurs effets sur le vieillissement et la santé cérébrale.
L’un des principaux projets de McDade, en cours depuis 1983, porte sur l’étude de 3 000 femmes enceintes à Cebu, aux Philippines. Ces femmes ont vécu dans des environnements variés, allant de quartiers aisés à des quartiers modestes. Aujourd’hui, leurs enfants sont dans la quarantaine et McDade étudie comment l’exposition microbienne tôt dans la vie a influencé leur santé et leur vieillissement cognitif.
Il espère que ces travaux amélioreront notre compréhension de l’influence de l’inflammation et de l’exposition microbienne précoce sur les maladies cognitives telles que la maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson et la démence.
« Si le dérèglement inflammatoire contribue au vieillissement cognitif et à la santé du cerveau, il est important de comprendre le mode de régulation de l’inflammation », explique McDade, qui se réjouit de l’impact futur de ses travaux et des nombreuses études qui dévoilent l’axe intestin-cerveau.
« Et si l’intensité et la diversité des expositions microbiennes de la petite enfance permettaient de prédire la trajectoire du vieillissement cognitif? Les liens sont faciles à faire, il me semble. Et c’est, à mon avis, là où l’évolution du domaine va nous mener. »
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