Equilibre digestif et performances animales : les promesses des peptidoglycanes

Jean-Marc Thoby, responsable technique chez DSM Nutritional Products France nous explique comment, parmi les stratégies d’optimisation de l’équilibre digestif, la gestion des peptidoglycanes issus des débris bactériens et composants majeurs jusqu’alors négligés, est une voie prometteuse pour l’amélioration de la performance animale. Interview.

La Revue de l’alimentation animale : Quand on parle de santé digestive, il apparaît de plus en plus la notion de fonctionnalité gastro-intestinale. Pouvez-vous nous en dire davantage ?

Jean-Marc Thoby. (Crédit : DSM)

Jean-Marc Thoby : Un tube digestif sain et efficient est l’élément clé d’une performance animale optimisée et durable. Une « fonctionnalité » est par définition un « ensemble de caractères et de propriétés qui font que quelque chose remplit bien sa fonction ». Pietro Celi (2017) a récemment défini la fonctionnalité gastro-intestinale comme « un état d’équilibre où le tractus intestinal et son microbiote (ensemble des micro-organismes) existent en symbiose et où le bien-être et les performances de l’animal ne sont pas limités par un dysfonctionnement ».

Cette définition combine ainsi plusieurs composants principaux qui font que la fonctionnalité gastro-intestinale est en équilibre. On y retrouve bien sûr le régime alimentaire (ses composants, ses équilibres), le microbiote qui doit être normal et stable, la structure de la paroi intestinale et son intégrité en tant que barrière physique mais aussi en tant que zone d’absorption efficiente des nutriments, les fonctions de digestion proprement dite de l’aliment liées à la fois à l’action des sécrétions digestives (acides, sels biliaires et enzymes endogènes sécrétées dans la lumière intestinale) mais aussi liées aux fermentations bactériennes qui concourent à la digestion, aux techniques même d’élevage et d’alimentation qui vont permettent l’accès sans stress à l’aliment et enfin le statut immunitaire intestinal de l’hôte qui se doit d’être compétent, puisqu’il va gérer les interrelations entre des organismes dits étrangers, et donc potentiellement pathogènes et sources d’inflammation pour l’hôte.

Clarifier la compréhension de la santé intestinale nécessite la caractérisation des interactions entre ces composants. Et il est donc indispensable d’approfondir nos connaissances sur ces mécanismes et ces interactions afin que des stratégies de modulation puissent être développées en vue d’améliorer la fonctionnalité gastro-intestinale et les performances des animaux.

RAA : Quels sont les principaux leviers d’une bonne fonctionnalité gastro-intestinale ?

J. M. T. : Améliorer la fonctionnalité gastro-intestinale, c’est en soi agir sur les six composants préalablement décrits. À commencer par des pratiques d’élevage vertueuses. Ainsi, les bons managements des conditions d’ambiance (litière par exemple chez les volailles, chauffage, accessibilité à l’eau et à l’aliment ; etc.), en favorisant le bien-être général, facilitent les déplacements, l’accès à l’aliment et à l’eau, réduisent les stress extrêmement impactant sur les mécanismes de défenses immunitaires et donc coûteux. Toutes les pratiques de biosécurité (la qualité de l’eau ou la désinfection des bâtiments) réduisent par exemple les risques de contamination et de perturbation de la flore digestive.

Sur le plan alimentaire, il existe de nombreux facteurs impactant négativement la santé intestinale. On peut citer en premier lieu les défauts ou les ruptures de présentation (taille, texture, couleur, saveur, odeur) qui vont générer une baisse de consommation, les jeûnes occasionnés étant préjudiciables à l’intégrité de l’épithélium digestif. On peut citer les déséquilibres en nutriments, excès de protéine par exemple, ce qui laisse des nutriments libres et à disposition d’une flore protéolytique souvent peu bénéfique. On peut citer encore les facteurs antinutritionnels présents dans les matières premières qui, comme leurs noms l’indiquent, nuisent à la digestion de certains nutriments. Il s’agit par exemple des inhibiteurs de la trypsine, des phytates, des lectines, des mycotoxines, etc. ou de certaines fibres alimentaires (arabinoxylanes, béta-glucanes, pectines, mannanes…). Travailler sur ces aspects de présentation, d’équilibres nutritionnels, de destruction des facteurs nutritionnels par des traitements thermiques appliqués aux matières premières ou par l’usage dans l’aliment d’enzymes appropriées (phytases, NSPases, voire protéases) sont donc des éléments clés de la gestion de la fonctionnalité gastro-intestinale.

Enfin, le microbiote intestinal est le dernier point clé de cet équilibre. En effet, malgré la bonne gestion des facteurs environnementaux et alimentaires, même dans nos conditions d’élevages maîtrisées, les désordres microbiens, souvent bactériens, sont inévitables. Pour y remédier, de manière préventive et par voie alimentaire, on utilise soit des acides, soit des huiles essentielles, extraits de plantes, soit des probiotiques (pour une colonisation positive) ou encore des prébiotiques (oligosaccharides spécifiques utilisables par certaines bactéries dites bénéfiques). Toutes ces interventions (nutritionnelles et sanitaires) ciblent en soi des bactéries vivantes, mais rien jusqu’à présent ne ciblait les débris des cellules bactériennes qui sont libérés par la division normale et la mort des bactéries. Or ces débris cellulaires bactériens composés majoritairement de peptidoglycanes ne sont pas sans effet sur la fonctionnalité gastro-intestinale. Et cette partie oubliée est certainement à considérer.

Fragments des débris de cellules bactériennes s’attachant aux microvillosités des entérocytes. (Crédit : DSM)

RAA : En quoi les peptidoglycanes constituent-ils l’un des nouveaux leviers de l’équilibre digestif ?

J. M. T. : Les parois cellulaires des bactéries sont principalement composées de peptidoglycanes (PGN) chez les bactéries Gram+ et de lipopolysaccharides (LPS) chez les bactéries Gram-. Les PGNs représentent jusqu’à 90 % du poids sec des bactéries Gram+, bactéries qui peuplent environ 75 % du microbiote dans le tractus intestinal des volailles et des porcs. Le PGN confère rigidité et forme aux cellules bactériennes, leur permettant de lutter contre la pression osmotique.

Lorsque les cellules bactériennes Gram+ et Gram- se divisent et meurent, les PGNs sont donc les principaux composants des débris cellulaires libérés dans l’intestin. En situation normale et maîtrisée, les deux classes de bactéries (G+ et G-) ne provoquent pas de maladie et jusqu’à récemment, la présence de cette biomasse bactérienne morte dans le tractus digestif a été largement sous-évaluée. Il est maintenant de plus en plus reconnu que l’accumulation de fragments de parois cellulaires bactériennes à la surface de la paroi intestinale interfère avec sa capacité à absorber les nutriments dans la circulation sanguine, réduisant ainsi la digestibilité et l’efficacité alimentaire, et affectant négativement les performances des animaux.

Le PGN a la capacité de se fixer sur les entérocytes, cellules qui composent la muqueuse intestinale, et agit comme un antagoniste intestinal. Ils stimulent par exemple la sécrétion de mucus intestinal qui protège contre les agents pathogènes potentiels et empêchent leur entrée dans la circulation sanguine, mais qui de ce fait représente une perte nette d’azote pour l’animal.

Le système immunitaire inné représente par ailleurs la première ligne de défense et ses récepteurs (de type Toll like) sont capables de reconnaître les structures des micro-organismes, dont les PGNs. Lorsque les récepteurs reconnaissent ces structures, plusieurs composants sont libérés, notamment des peptides antimicrobiens, des substances oxydantes antibactériennes (anion superoxyde ou oxyde nitrique) et des cytokines qui déclenchent une réponse immunitaire spécifique contre le pathogène.

Ainsi, en situation normale, les fragments générés au cours du cycle de vie des micro-organismes, ou lors des modifications du microbiote dans le tractus gastro-intestinal, peuvent induire une inflammation chronique pouvant affecter la fonctionnalité de cet organe.

Les dommages causés sinon à l’épithélium sont de plus souvent inévitables dans nos conditions d’élevage même maîtrisées, par exemple les coccidies, les mycotoxines ou les toxines bactériennes. Ces dommages permettent aux PGNs, continuellement libérés dans l’intestin, d’atteindre et d’activer les récepteurs (TLR2) présents sur la surface basolatérale des cellules épithéliales : la réponse inflammatoire pouvant affecter l’absorption des nutriments et coûteuse en énergie est enclenchée.

RAA : Quelles sont les promesses de la gestion des peptidoglycanes dans l’amélioration de la performance animale ?

J. M. T. : Naturellement, l’évolution a mis en place des systèmes enzymatiques endogènes de dégradation des peptidoglycanes. Ces derniers, comme nous le disions préalablement, ont en effet la capacité de se fixer aux entérocytes ce qui peut limiter les surfaces d’absorption des nutriments. Et ils sont reconnus par le système immunitaire intestinal inné comme des éléments antagonistes, déclenchant une inflammation, avec production de mucus et épaississement de l’épithélium digestif, ce qui limite d’une autre façon l’assimilation des nutriments.

Optimiser la dégradation des peptidoglycanes, composant majeur des débris bactériens, c’est donc favoriser l’assimilation des nutriments issus de la digestion de l’aliment dans la lumière intestinale et réduire les pertes énergétiques qui sont mobilisées dans les processus inflammatoires au détriment des besoins de production.

La dégradation complète du PGN entraîne sinon la formation de MDPs (Muramyl dipeptides), détectés par des récepteurs intracellulaires des cellules de l’immunité innée comme un signal anti-inflammatoire. On passe ainsi d’une situation d’inflammation à une situation de tolérance. Cela signifie pour l’animal que de l’énergie mobilisée dans les réponses inflammatoires indésirables peut être économisée, conduisant ainsi à des performances et un bien-être améliorés.

RAA : Une application pratique de ces nouvelles connaissances est l’innovation Balancius primée Innov’Space 2020 : quel est son mode d’action sur le maintien d’une fonctionnalité gastro-intestinale équilibrée ?

J. M. T. : Jusqu’à présent, les enzymes rajoutées dans l’aliment (phytases, NSPases, protéases, amylases) s’attaquaient à des ingrédients présents dans les matières premières, soit pour rendre plus disponibles certains nutriments, soit pour réduire les effets antinutritionnels de certains composants.

Ensemble, et pour la première fois, DSM et Novozyme ont conçu une enzyme qui ne s’attaque pas aux ingrédients de l’aliment, mais directement à des ingrédients issus de la flore bactérienne intestinale. En effet, Balancius est la première enzyme alimentaire autorisée et conçue pour dégrader les PGNs. Elle ne cible que les bactéries intestinales mortes et leurs débris. C’est une muramidase qui clive les liaisons β-1,4-glycosidiques entre l’acide N-acétylmuramique et la N-acétyl glucosamine, formant le PGN. Les différents travaux conduits par DSM montrent que Balancius, par l’hydrolyse des PGN, empêche leur attachement aux entérocytes, voire permet leur détachement une fois fixés. Il est aussi démontré par les équipes des professeurs Ducatelle et van Immersel de l’université de Ghent (2019) que Balancius dégrade les PGN jusqu’à la production de MDP, réduisant par là même les mécanismes d’inflammation.

Son nouveau mode d’action ne chevauche ni n’interfère avec celui des autres additifs alimentaires couramment utilisés, y compris dans la gestion de la santé digestive, tels que les enzymes, les vitamines et eubiotiques, avec lesquels il travaille en synergie. Sans perturber le microbiote fonctionnel, il optimise la digestion et l’absorption des nutriments. Balancius améliore l’efficacité alimentaire de 4 à 6 points (3 %), les pododermatites de 10 points et les rendements filet sur vif de 0,4 à 0,7 point chez les poulets de chair. En Europe, il est autorisé depuis mai 2019 en poulet de chair et espèces mineures, et février 2020 pour la dinde et futurs reproducteurs. Un dossier est en cours d’instruction pour le porcelet auprès de l’Efsa.

Propos recueillis par P. Caldier

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