Les scientifiques savent depuis des décennies que ce que nous mangeons peut modifier l’équilibre des microbes dans nos voies digestives. Choisir entre un sandwich BLT ou un parfait au yogourt pour le déjeuner peut augmenter les populations de certains types de bactéries et en diminuer d’autres — et à mesure que leur nombre relatif change, elles sécrètent différentes substances, activent différents gènes et absorbent différents nutriments.
Et ces choix alimentaires sont probablement à double sens. Il a également été démontré que les microbes intestinaux influencent l’alimentation et le comportement, ainsi que l’anxiété, la dépression, l’hypertension et diverses autres conditions. Mais exactement comment ces milliards de petits invités — collectivement appelés le microbiome — influencent nos décisions sur les aliments à fourrer dans notre bouche a été un mystère.
Maintenant, les neuroscientifiques ont découvert que des types spécifiques de flore intestinale aident un animal hôte à détecter les nutriments qui manquent dans les aliments, puis à titrer finement la quantité de ces nutriments que l’hôte a vraiment besoin de manger. « Ce que les bactéries font pour l’appétit, c’est un peu comme optimiser la durée de fonctionnement d’une voiture sans avoir besoin d’ajouter plus d’essence au réservoir », explique l’auteur principal Carlos Ribeiro, qui étudie les comportements alimentaires de Drosophila melanogaster, un type de mouche des fruits, au Centre Champalimaud pour l’inconnu à Lisbonne.
Dans un article publié récemment dans PLOS Biology, Ribeiro et son équipe ont démontré comment le microbiome influence les décisions nutritionnelles de la drosophile. Tout d’abord, ils ont nourri un groupe de mouches d’une solution de saccharose contenant tous les acides aminés nécessaires. Un autre groupe a obtenu un mélange contenant certains des acides aminés nécessaires à la fabrication des protéines, mais qui manquait d’acides aminés essentiels que l’hôte ne peut pas synthétiser par lui-même. Pour un troisième groupe de mouches, les scientifiques ont retiré un à un les acides aminés essentiels de la nourriture pour déterminer lesquels étaient détectés par le microbiome.
Après 72 heures sur les différents régimes, les mouches des trois groupes ont reçu un buffet offrant leur solution sucrée habituelle aux côtés de levures riches en protéines. Les chercheurs ont découvert que les mouches des deux groupes dont le régime alimentaire ne contenait aucun acide aminé essentiel avaient une forte envie de levure pour compenser les nutriments manquants. Mais lorsque les scientifiques ont augmenté cinq types différents de bactéries présentes dans les voies digestives des mouches — Lactobacillus plantarum, L. brevis, Acetobacter pomorum, Commensalibacter intestini et Enterococcus faecalis — les mouches ont complètement perdu l’envie de manger plus de protéines.
Les chercheurs ont constaté que les niveaux d’acides aminés des mouches étaient encore faibles, indiquant que les bactéries ne se contentaient pas de remplacer les nutriments absents de l’alimentation des mouches en produisant les acides aminés eux-mêmes. Au lieu de cela, les microbes fonctionnaient comme de petites usines métaboliques, transformant la nourriture qu’ils obtenaient en nouveaux produits chimiques: des métabolites qui, selon les chercheurs, pourraient indiquer à l’animal hôte qu’ils pourraient continuer sans les acides aminés. Grâce à cette astuce microbienne, les mouches ont pu continuer à se reproduire, par exemple, même si une carence en acides aminés entrave généralement la croissance et la régénération des cellules et donc la reproduction, explique Ribeiro.
Deux types de bactéries ont été particulièrement efficaces pour influencer l’appétit des mouches de cette façon: Acetobacter et Lactobacillus. Augmenter les deux était suffisant pour supprimer les envies de protéines des mouches et augmenter leur appétit pour le sucre. Ces deux bactéries ont également restauré les capacités de reproduction des mouches, indiquant que leur corps remplissait des fonctions normales qui sont généralement restreintes en cas de carence nutritionnelle. « La façon dont le cerveau gère ce compromis des informations nutritionnelles est très fascinante, et notre étude montre que le microbiome joue un rôle clé pour dire à l’animal quoi faire », explique Ribeiro.
Ensuite, l’équipe a retiré une enzyme nécessaire au traitement de l’acide aminé tyrosine chez les mouches, ce qui a obligé les mouches à obtenir de la tyrosine via leur nourriture, tout comme les autres acides aminés essentiels. Étonnamment, ils ont constaté que l’Acétobacter et le Lactobacille étaient incapables de supprimer l’envie de tyrosine chez les mouches modifiées. « Cela montre que le microbiome intestinal a évolué pour ne titrer que l’apport normal en acides aminés essentiels », explique Ribeiro.
La recherche ajoute une nouvelle perspective sur la coévolution des microbes et de leurs hôtes. « Les résultats montrent qu’il existe une voie unique qui a coexisté entre les animaux et les bactéries résidentes dans leur intestin, et il existe une communication ascendante sur l’alimentation », explique Jane Foster, neuroscientifique à l’Université McMaster en Ontario et non associée à l’étude.
Bien que la recherche ne précise pas le mécanisme exact de la communication, Ribeiro pense qu’elle pourrait prendre différentes formes. Des preuves solides de l’étude indiquent que les métabolites d’origine microbienne transmettent des informations de l’intestin au cerveau, indiquant à l’hôte s’il a besoin d’un type particulier de nourriture. « L’un des grands mystères de l’évolution est la raison pour laquelle nous avons perdu la capacité de produire des acides aminés essentiels », dit-il. « Peut-être que ces métabolites ont donné aux animaux plus de marge de manœuvre pour être indépendants de ces nutriments et s’en passer parfois. »
Les microbes peuvent avoir leurs propres raisons évolutives de communiquer avec le cerveau, ajoute-t-il. D’une part, ils se nourrissent de tout ce que l’animal hôte mange. Pour un autre, ils ont besoin que les animaux hôtes soient sociaux afin que les invités puissent se propager dans la population. Les données sont limitées aux modèles animaux jusqu’à présent, mais Ribeiro estime que la communication intestin-cerveau peut fournir un terrain fertile pour développer des traitements pour les humains à l’avenir. « C’est une fenêtre thérapeutique intéressante qui pourrait être utilisée pour améliorer les comportements liés à l’alimentation un jour », dit-il.
