Blautia hydrogenotrophica

Blautia hydrogenotrophica est une bactérie intestinale à gram positif, en forme de coccus et de taille moyenne de 0,7 × 0,6 µm[1]. À partir d'expériences de coloration négatives menées sur les deux souches découvertes par Bernalier et son équipe, ils ont déterminé que cette espèce ne possède pas de flagelle, et de ce fait est non motile. Elle est présente généralement dans son environnement en tant qu'individu isolé, ou en paires[1].

La découverte de cette bactérie trouve sa source dans un contexte d'étude de l'acétogénèse en tant que voie métabolique microbienne importante dans les environnements dépourvus d'oxygène mais contenant du CO₂ et/ou du H₂. L'importance de ce processus a été démontrée dans le tractus gastrointestinal des rongeurs[2], des porcs[3], des ruminants[4], des termites[5] et des humains[6] - [7]. Mais alors que la production de méthane apparaît comme la voie prédominante de recyclage du dihydrogène dans l'intestin de différentes espèces, l'acétogénèse à partir du CO₂ et du H₂ a été supposée comme un mécanisme important pour l'assimilation du H₂ dans le côlon de certains individus humains[5] - [6] - [7]. Cette production d'acétate représente alors un grand intérêt métabolique pour la santé et la nutrition chez l'humain en diminuant le volume de gaz dans le côlon et en produisant un métabolite non gazeux qui représente une source d'énergie pour l'hôte, à savoir l'acétate[1].

Les auteurs se sont donc intéressés aux espèces participant à cette production d'acétate dans l'intestin, qui à l'époque n'avaient pas été étudiées en profondeur. De plus, le peu de souches acétogènes ayant été isolées ne constituaient pas des consommateurs d'hydrogène spécifiques[8]. Bernalier et ses collaborateurs ont donc isolé diverses souches à partir d'échantillons fécaux humains afin de mieux comprendre la diversité et le rôle des acétogènes intestinaux dans le recyclage de l'hydrogène et ils ont découvert cette bactérie.

Ils l'ont nommée Ruminococcus hydrogenotrophicus, la première partie du nom étant une référence au genre d'espèces apparentées et la deuxième partie signifiant « qui se nourrit d'hydrogène »[1]. Dans la deuxième moitié des années 2000, Liu et ses collaborateurs ont mené des études phénotypiques et phylogénétiques ainsi qu'un séquençage de l'ARNr 16S sur 15 isolats d'une bactérie à gram positif, anaérobie et en forme de coccus, isolée de selles humaines. Ces études ont mené à la création d'un groupe phylogénétique comprenant un certain nombre d'organismes qui ont tous été transférés au sein du genre Blautia, dont Ruminococcus hydrogenotrophicus, qui a ainsi été renommé Blautia hydrogenotrophica[9].

La souche type Blautia hydrogenotrophica DSM 10507 contient 3 565 428 paires de bases[10] avec une teneur en GC de 45,2 mol % ± 0,2 %[1]. Des analyses du génome de Blautia hydrogenotrophica ont révélé que tous les gènes impliqués dans la voie de Wood-Ljungdahl étaient présents. Parmi eux, on trouve 8 gènes supposés comme codant des sous-unités d'enzymes hydrogénases dépendantes du fer. Cette voie métabolique est utilisée par la bactérie pour convertir le glucose en acétate lorsque le H₂ et le CO₂ sont les seules sources d'énergie et de carbone[11].

Les tests menés par Bernalier et son équipe en utilisant de la résazurine et des milieux de culture avec et sans oxygène ont permis de conclure que Blautia hydrogenotrophica est strictement anaérobie ; le fait que la bactérie ne possède pas de catalase ni de cytochrome oxydase a permis de confirmer cette conclusion[1].

Elle peut croître de façon autotrophe avec du H₂ et/ou du CO₂ comme seule source d'énergie. En culture à 37 °C, on observe un doublement de sa population après un peu plus de 26h, avec un pic maximal à 72h. La consommation de H₂ et la production d'acétate s'observent lors des phases exponentielles et stationnaires. Dans un tel milieu, l'acétate constitue le seul produit de la respiration anaérobie, via la voie réductrice de l'acétyl-CoA[1].

Elle est également capable de croître de façon hétérotrophe en utilisant une gamme de substrats tels que des saccharides (cellobiose, fructose, galactose, glucose, lactose, raffinose, trehalose, maltose et mannose, avec une croissance faible pour ces deux derniers), de la salicyline et des acides carboxyliques (pyruvate et formate). Elle peut aussi hydrolyser de l'esculine. À 37 °C, sa population double plus rapidement en présence de glucose ou de fructose, soit en l'espace de 2 ou 3 heures[1]. En croissance hétérotrophe, l'acétate constitue également le produit majoritaire de l'acétogénèse, mais la fermentation du glucose ou du fructose a mené à la production, outre d'acétate, de lactate, d'éthanol, et dans une moindre mesure d'isobutyrate et d'isovalérate.

Le milieu de culture (et de vie) de Blautia hydrogenotrophica possède une gamme de pH allant de 6 à 7 (pH optimum = 6,6), et une gamme de température entre 30 et 45 °C (température optimale = 35-37 °C), cette dernière étant la température préférentielle de l'organisme. Ce milieu de culture est de type AC-21[12] modifié en laboratoire par Bernalier et son équipe selon un protocole spécifique[1] et complété par des éléments "traces"[13] et des vitamines[14]. De l'extrait de levure, du tryptone et du fluide ruminal n'ont pas été nécessaires pour la croissance.

Profils de fermentation de B. hydrogenotrophica après culture sur différents substrats. D'après Bernalier et al., 1996.

La souche type est déposée au Deutsche Sammlung von Microorganismen sous le numéro DSM 10507, et la séquence du gène codant son ARNr 16S est déposée dans la base de données de l'EMBL sous le numéro d'accession X 95624[1].

Blautia hydrogenotrophica vit au sein de la flore microbienne des intestins de mammifères et contribue à la décomposition de composés ingérés par l'hôte qui ne peut les digérer avec ses propres enzymes digestives ; cela concerne principalement des composés organiques issus de l'ingestion de plantes[1]. Cette décomposition de polysaccharides et protéines est accomplie grâce à la fermentation qui se produit dans l'environnement anaérobie de l'intestin par des communautés microbiennes. Ces communautés microbiennes, dont B. hydrogenotrophica fait partie, sont syntrophiques, c'est-à-dire que leurs interactions créent une chaîne alimentaire en réseau. Les produits de cette chaîne alimentaire sont des acides gras volatils tels que l'acétate, d'autres acides organiques, ainsi que du H₂ et du CO₂. L'accumulation du H₂ peut inhiber la réoxydation du NADH, ce qui réduit la quantité d'ATP et d'acides gras volatils qui est produite[11]. On estime que le métabolisme de ces acides gras représente 5 à 10 % de la production d'énergie nécessaire pour un humain moyen[15].

Ainsi, les organismes qui consomment du H₂ au sein de la communauté microbienne intestinale, comme Blautia hydrogenotrophica, apportent une contribution importante au métabolisme de leur hôte. Cela permet aux chercheurs de mieux comprendre la façon dont ces microorganismes peuvent potentiellement amener à la manipulation de l'équilibre énergétique humain[11]. Par ailleurs, comme dit précédemment, l'acétogénèse à base de H₂ et de CO₂ possède un grand intérêt vis-à-vis de la nutrition et de la santé humaines car elle permet de réduire le volume total de gaz dans le côlon et elle produit un métabolite non gazeux, l'acétate, qui est utilisé comme source d'énergie par les cellules[1]. Enfin, Blautia hydrogenotrophica pourrait aussi faire partie des espèces de bactéries permettant potentiellement de remplacer les communautés méthanogènes dans les espèces constituant les cheptels afin de limiter la quantité de méthane rejetée par les ruminants[16].