Les bactéries intestinales des pandas géants transforment les aliments pauvres en nutriments en graisse

Les mammifères en général ne sont pas capables de digérer la cellulose, le glucide présent dans les parois cellulaires des cellules végétales. Même les herbivores, comme les vaches, les chevaux et les éléphants, ne produisent pas l’enzyme qui décompose la cellulose. Au lieu de cela, les mammifères (y compris les humains) ont besoin de microbes intestinaux pour remplir cette fonction et leur permettre d’accéder aux nutriments présents dans les cellules végétales.

Pandas géants (Ailuropoda melanoleuca) sont inhabituels car ce sont des ours, dans l’ordre des Carnivores, mais leur régime alimentaire est entièrement constitué de feuilles et de pousses de bambou. Les carnivores ont un tractus gastro-intestinal court, conçu pour digérer la chair animale, ce qui rend le régime herbivore des pandas géants encore plus difficile à traiter efficacement. Les pandas dépendent donc fortement des microbes présents dans leurs intestins pour décomposer les cellules des feuilles et des pousses afin de rendre le contenu disponible.

Dans la nature, les pandas se nourrissent de vieilles feuilles fibreuses de bambou pendant huit mois par an. Ce régime est pauvre en nutriments et ne contient presque pas de matières grasses. Cependant, à la fin du printemps et au début de l’été, les ours se nourrissent de nouvelles pousses ayant une valeur nutritionnelle plus élevée qui leur permettent de prendre du poids.

Des recherches antérieures ont montré que le microbiome intestinal des pandas géants change entre la saison de consommation des feuilles et celle des pousses. Cependant, aucune recherche n’a été menée sur les effets de ces changements saisonniers sur les caractéristiques corporelles ou la physiologie des pandas.

Une étude publiée aujourd’hui dans la revue Rapports de cellules comble cette lacune dans les connaissances actuelles et découvre que les changements dans les microbes intestinaux permettent aux pandas de prendre du poids et de stocker de la graisse lorsque les pousses de bambou sont disponibles pour manger.

« C’est la première fois que nous établissons une relation causale entre le microbiote intestinal d’un panda et son phénotype », a déclaré Guangping Huang, premier auteur de l’étude, de l’Académie chinoise des sciences. « Nous savons depuis longtemps que ces pandas ont un microbiote intestinal différent pendant la saison de consommation des pousses, et il est très évident qu’ils sont plus potelés à cette période de l’année. »

L’équipe de scientifiques, dirigée par Fuwen Wei de l’Institut de zoologie CAS, étudie depuis des décennies les pandas géants sauvages vivant dans les montagnes Qinling, au centre de la Chine. L’équipe a collecté des échantillons fécaux de huit pandas adultes pendant la saison de consommation de feuilles (14 échantillons) et la saison de consommation de pousses (15 échantillons). Ceux-ci ont été évalués pour la présence et le nombre de différents types de microbes intestinaux.

Wei dit que ces pandas sauvages ont des populations de bactéries intestinales nettement différentes au cours des deux saisons. En particulier, une abondance significativement plus élevée d’une bactérie appelée Clostridium butyricum est présent dans l’intestin pendant la saison de consommation des pousses par rapport à la saison de consommation des feuilles. La chromatographie en phase gazeuse et la spectrométrie de masse des acides gras à chaîne courte présents dans les selles ont également révélé que les acides gras butyrate et acétate étaient présents en plus grande quantité pendant la saison de consommation des pousses.

Bien que les feuilles et les pousses de bambou ne contiennent presque pas de graisse, les pandas ont pu prendre du poids et stocker de la graisse lorsqu’ils mangeaient préférentiellement des pousses. La bactérie C. butyricum produit du butyrate d’acide gras comme produit de son métabolisme dans l’intestin des pandas, et les scientifiques se sont intéressés aux effets de cet acide gras sur le métabolisme des pandas.

Pour déterminer si le changement dans le microbiote intestinal pourrait affecter le métabolisme d’un panda, les chercheurs ont effectué une transplantation fécale d’excréments de panda, collectés dans la nature, dans le tractus intestinal de souris sans germes. Ils ont introduit des matières fécales provenant de donneurs de pandas pendant la saison de consommation de feuilles chez certaines souris, tandis que d’autres souris ont reçu des excréments collectés auprès de pandas pendant la saison de consommation de pousses. Un troisième groupe de souris – le groupe témoin – n’a reçu aucune matière fécale de panda. Ensuite, ils ont nourri les souris pendant 3 semaines avec un régime à base de bambou simulant ce que mangent les pandas.

Les experts ont découvert que les souris transplantées avec des excréments de panda collectés pendant la saison de consommation des pousses prenaient beaucoup plus de poids et avaient plus de graisse après 21 jours que les souris transplantées avec des excréments de la saison de consommation de feuilles, malgré la consommation de la même quantité de nourriture. Une analyse plus approfondie a révélé que le butyrate d’acide gras, un produit métabolique de C. butyricumpourrait réguler positivement (améliorer) l’expression d’un gène appelé Par2, ce qui augmente la synthèse et le stockage des lipides. Ainsi, les souris ont présenté les mêmes schémas de prise de poids saisonnière que les pandas, ce qui indique le rôle critique du microbiome intestinal dans le métabolisme du panda.

Le stockage des graisses est important chez de nombreux animaux qui ont une alimentation pauvre en nutriments. Le bambou consommé par les pandas à l’état sauvage est pauvre en graisse, mais les pousses, consommées à la fin du printemps et au début de l’été, contiennent des niveaux plus élevés de protéines et de glucides. Les bactéries intestinales de ces mammifères leur permettent d’utiliser les protéines et les glucides supplémentaires contenus dans les pousses pour synthétiser des lipides qui sont ensuite disponibles pour le stockage.

De nombreux animaux subissent un changement saisonnier dans les bactéries intestinales en raison de changements dans la disponibilité alimentaire. Par exemple, certaines espèces de singes ont un microbiote intestinal différent en été, lorsqu’ils mangent des feuilles et des fruits frais, par rapport à celui en hiver, lorsqu’ils se nourrissent de feuilles et d’écorces d’arbres. Un changement similaire a également été observé dans le système digestif des Hadza, des chasseurs-cueilleurs modernes vivant en Tanzanie, à mesure que le type de nourriture disponible change au cours de l’année.

Les chercheurs prévoient d’étudier et de cartographier davantage de micro-organismes dans l’intestin du panda à l’avenir, et de découvrir comment ils affectent la santé des animaux. « La recherche causale sur le phénotype de l’hôte et le microbiote intestinal chez les animaux sauvages ne fait que commencer. Identifier quelles bactéries sont bénéfiques pour les animaux est très important, car un jour nous pourrons peut-être traiter certaines maladies avec des probiotiques », a déclaré Huang.

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Par Alison Bosman, Espèces-menacées.fr Rédacteur