Bifidobacterium bifidum

Le nom de genre Bifidobacterium dérive du latin bifidus « fendu, partagé en deux » et du latin scientifique du XIX^e siècle bacterium « bactérie ». Le terme de latin scientifique bacterium a été créé par Christian Gottfried Ehrenberg en 1838 à partir du latin bacterium « bâton » et traduit en français par « bactérie »[4]. L’épithète spécifique bifidum dérive de bifidus « fendu, partagé en deux »[5].

En 1899, Henry Tissier, un pédiatre de l’Institut Pasteur, fut le premier à isoler une bifidobacterium, dans les selles d’un nourrisson[1]. Il l’appela Bacillus bifidus en raison de sa morphologie bifide en Y.

En 1924, S. Orla-Jensen de Copenhague, reconnut le genre Bifidobacterium comme un taxon séparé[6] mais en raison des similarités avec le genre Lactobacillus, Bacillus bifidus fut classé par les bactériologistes sous le nom de Lactobacillus bifidus jusqu’en 1957, comme l'atteste la 7^e édition de Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology[7].

Actuellement, le Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology[6] et The Taxomicon[8] retiennent la classification d’Orla-Jensen en Bifidobacterium bifidum 1924.

B. bifidum est une bifidobactérie[9] :

• non motile
• Gram positive
• ne formant pas de spore
• anaérobies strictes
• présentant un test négatif pour la catalase
• siège d'une fermentation hétérolactique c'est-à-dire produisant de l’acide lactique et acétique à partir du lactose.
• la température de culture optimum est de 37 °C
• d’apparence très variable. Cultivées sur gélose TPY[3], les cellules se regroupent en structures en forme d’amphores[6]
• dans le colon des enfants nourris au sein, Bifidobacterium breve est l’espèce dominante, suivie par B. bifidum et Bifidobacterium longum subsp infantis[2]. Le microbiote fécal des nourrissons est caractérisé par un haut niveau de bifidobactéries mais celui-ci décroît avec l’âge.

Plusieurs souches de B. bifidum ont été séquencées.

La souche de B. bifidum PRL2010 a été isolée dans les selles d’un nourrisson. Son génome séquencé en 2010 par une équipe européenne[10], est formé d’un seul chromosome circulaire comportant 2 214 650 pb (paires de bases), avec un contenu en guanine et cytosine (G+C) riche de 62,66 %. Il est similaire (à hauteur de 89 % de nucléotides) au génome de B. longum subsp. infantis ATCC15697, en raison probablement de leur niche écologique commune.

La capacité à fermenter semble limiter à un nombre relativement petit de glucides mais comportant des sucres complexes comme les oligosaccharides de lait humain HMO (Human milk oligosaccharide) et la mucine. La souche PRL2010 est même capable de croître en utilisant la mucine (une protéine entrant dans la composition des mucus du tube digestif) comme seule source de carbone. Les glycanes produits par l’hôte fournissent non seulement une source d’énergie mais aussi un site d’adhésion des protéines produites par les bactéries commensales ou pathogènes.

Une autre souche nommée B. bifidum S17, a été isolée des selles d’un enfant nourri au sein. Son information génétique complète est renfermée dans un chromosome de 2 186 882 pb avec un contenu moyen de G+C de 62 %. Il comporte 1 782 gènes codant des protéines, 53 gènes ARNt pour tous les acides aminés[11].

Le protéome contient 743 protéines du cytoplasme (64,7 %), 231 de la membrane (21,1 %), 14 de la paroi cellulaire (1,2 %), 3 protéines extracellulaires (0,3 %)[12]. Certaines protéines sont associées à l’adhésion bactérienne aux structures de l’hôte, à la colonisation et l’immunomodulation. Cinq des six protéines pilines des pili dépendants de sortase (en) ont été identifiées. Ainsi que des gènes pour la dégradation de la mucine ou des glucanes (comme les oligosaccharides du lait humain).

Pour pouvoir exercer un effet bénéfique sur la santé B. bifidum, doit pouvoir atteindre le tube digestif dans une forme viable et être capable d’y persister.

Un test de tolérance d’un grand nombre de souches de bifidobactéries a été fait in vitro, en étudiant leur aptitude à survivre à une exposition à la bile, à l’acide et l’oxygène durant une durée définie[13]. En ce qui concerne les souches de B. bifidum, la tolérance moyenne à la bile après 5 h est de 20 % (de cellules viables par rapport au contrôle), la tolérance à l’acide et la pepsine (simulant le stress gastrique) est de 9 % après 30 min et de 0 % après 60 min, la tolérance à l’oxygène (air ambiant) est de 91 % après 48 h.

Plusieurs souches de B. bifidum ont une bonne capacité d’adhésion aux cellules épithéliales de l’intestin. Pour étudier cette capacité, les cellules Caco-2 d’une lignée cellulaire humaines furent exposées aux B. bifidum PRL2010. La mesure de sa capacité d’adhésion a donné une valeur bien plus grande que celle des autres bifidobactéries (comme celle de B. animalis subsp. lactis)[14]. De plus, les bifidobactéries PRL2010 ont montré une aptitude à inhiber l’adhésion des pathogènes aux cellules épithéliales intestinales comme avec Cronobacter sakazakii LGM570 et Escherichia coli LMG2092.

Les difficultés les plus notables pour utiliser B. bifidum dans une forme de probiotique commerciale réside donc dans sa grande sensibilité au stress gastrique, de la bile et de l’oxygène. Or la bifidobactérie (généralement combinée à un lait fermenté) doit survivre au stockage durant de nombreux jours puis résister à l’acidité de l’estomac et des sels biliaires. Pour passer ces obstacles, les bactéries probiotiques doivent

1. être portées par un produit contenant plus 10⁶ cfu.g^-1, de bactéries viables (cfu colony-forming unit) par gramme
2. être une espèce d’origine humaine
3. et comporter une prise hebdomadaire du produit allant de 300 à 400 g[15].

L’étude de Jayamanne et al.[16] de dix laits fermentés aux bifidobactéries (bio-yoghurts) achetés au Royaume-Uni montre un déclin rapide du nombre de bactéries viables (cfu) durant le stockage. Neuf produits contenaient plus de 10⁶ cfu.g^-1 à l’achat (3 semaines avant la date limite de péremption) et seulement cinq sont restés au-dessus du seuil de viabilité de 10⁶ cfu.g^-1 au moment de la date limite de péremption. De plus, il a été observé qu’au bout de 7 jours de stockage à 4 °C dans du lait écrémé, toutes les souches de Bifidobacterium testées[n 1] (B. bifidus inclus) ont vu leur nombre décliner significativement en dessous de 10⁶ cfu.g^-1. De surcroît, la seule bifidobactérie trouvée dans ces produits est B. animalis subsp. lactis d’origine animale (8 marques ne spécifiaient pas quelle Bifidobacterium est utilisée et les 2 autres indiquaient B. lactis et B. longum).

Les stratégies pour préserver les cellules du probiotique de l’acidité stomacale consiste alors soit à les encapsuler soit à les ajouter à les molécules de prébiotiques.

Un procédé supplémentaire consiste à «domestiquer » B. bifidum pour le rendre plus apte à supporter des processus industriels. Une fois qu’une de ses souches est extraite de l’environnement, sa sensibilité intrinsèque à l’oxygène diminue lentement et progressivement au fur-et-à-mesure des nombreuses sous-cultures faites en laboratoire. Ainsi la souche B. bifidum MIMBb75, isolée de selles humaines, tout d’abord très récalcitrante à la culture en laboratoire, a fini après des centaines de sous-cultures en atmosphère aérobique, par améliorer sa résistance oxydative[17]. Cette souche est maintenant disponible comme probiotique pharmaceutique sous forme encapsulée, avec au moins 10⁹ cfu durant sa période de validité.