Qui sont les animaux axéniques et gnotoxéniques ? Pourquoi rendent-ils de grands services à l'Homme ?

La plupart des animaux hébergent naturellement des milliards de micro-organismes dans leur organisme. Bactéries, virus, champignons ou encore levures composent ce que l'on appelle le microbiote. Pendant longtemps, les scientifiques ont surtout considéré ces microbes comme des agents responsables de maladies. Aujourd'hui, nous savons qu'ils jouent également un rôle essentiel dans la digestion, le développement du système immunitaire et le fonctionnement de nombreux organes.

Pour comprendre précisément l'influence de ces micro-organismes, les chercheurs ont développé des modèles animaux très particuliers : les animaux axéniques et les animaux gnotoxéniques. Peu connus du grand public, ces animaux sont pourtant des outils de recherche indispensables. Ils permettent de répondre à des questions essentielles sur la santé humaine et animale, le fonctionnement du microbiote ou encore le développement de nouveaux traitements.

Qu'est-ce qu'un animal axénique ?

Le terme axénique signifie littéralement « sans vie étrangère ».

Un animal axénique est donc un animal totalement dépourvu de micro-organismes. Son organisme ne contient ni bactéries, ni virus, ni champignons, ni parasites microscopiques.

Pour obtenir un tel animal, les chercheurs réalisent généralement une naissance dans des conditions de stérilité extrêmement strictes, souvent par césarienne. Dès les premiers instants de sa vie, l'animal est placé dans des isolateurs parfaitement stériles où tout ce qui entre (air, nourriture, eau, matériel) est soigneusement décontaminé.

Le maintien de cette stérilité demande une surveillance permanente.

Comment élève-t-on un animal axénique ?

Créer un environnement totalement exempt de micro-organismes représente un véritable défi technique. Les animaux vivent dans des installations spécialement conçues afin d'empêcher toute contamination extérieure. Tout le matériel utilisé est stérilisé avant d'entrer dans l'isolateur. Les chercheurs respectent également des protocoles très rigoureux afin d'éviter l'introduction accidentelle de bactéries.

Les principales précautions concernent notamment :

• La stérilisation de l'alimentation
• La filtration de l'air
• La désinfection du matériel
• Le contrôle microbiologique régulier
• L’utilisation d'isolateurs hermétiques.

Grâce à ces mesures, certains animaux peuvent rester totalement axéniques pendant toute leur vie.

Qu'est-ce qu'un animal gnotoxénique ?

Le terme gnotoxénique signifie « flore connue ». Contrairement aux animaux axéniques, les animaux gnotoxéniques hébergent bien des micro-organismes, mais ceux-ci sont parfaitement identifiés par les chercheurs. Un animal axénique peut ainsi recevoir volontairement une seule espèce bactérienne, plusieurs bactéries bien définies ou encore un microbiote complet provenant d'un autre individu.

Les scientifiques connaissent donc précisément la composition de son microbiote.

Cela leur permet d'étudier l'effet de chaque micro-organisme sur la santé de l'animal.

Pourquoi ces modèles sont-ils si utiles ?

Le microbiote influence aujourd'hui de très nombreux domaines de la santé. Les chercheurs cherchent notamment à comprendre son rôle dans :

• La digestion
• Le système immunitaire
• Les maladies inflammatoires
• L’obésité
• Certaines maladies neurologiques.

Les animaux axéniques servent de point de départ. Ils permettent d'observer le fonctionnement d'un organisme totalement privé de microbiote.

Les animaux gnotoxéniques permettent ensuite de réintroduire progressivement certains micro-organismes afin d'identifier précisément leurs effets.

Cette approche expérimentale serait impossible chez l'Homme.

Que découvre-t-on grâce aux animaux axéniques ?

Les premières études ont rapidement montré que le microbiote est indispensable au bon fonctionnement de l'organisme. Les animaux élevés sans aucun micro-organisme présentent de nombreuses particularités.

Leur système immunitaire est souvent moins développé. Leur appareil digestif fonctionne différemment et certaines parties de leur intestin présentent des caractéristiques inhabituelles. Ils absorbent également certains nutriments de façon différente. Ces observations ont profondément modifié notre compréhension des relations entre les animaux et leurs bactéries.

Aujourd'hui, les scientifiques considèrent le microbiote comme un véritable organe fonctionnel.

Les animaux gnotoxéniques permettent des expériences très précises

L'intérêt majeur des modèles gnotoxéniques réside dans le contrôle expérimental.

Les chercheurs peuvent, par exemple, introduire une seule espèce bactérienne chez un animal auparavant axénique. Ils observent ensuite les modifications produites : évolution du système immunitaire, digestion, comportement ou développement de certaines maladies.

Ils peuvent également comparer plusieurs microbiotes différents. Par exemple, un microbiote provenant d'un individu sain peut être comparé à celui d'un individu souffrant d'une maladie particulière afin d'étudier son influence.

Ces expériences ont largement contribué au développement des recherches actuelles sur le microbiote intestinal.

Quels animaux sont utilisés ?

Plusieurs espèces peuvent être élevées sous statut axénique ou gnotoxénique. La souris reste de loin le modèle le plus utilisé, car elle se reproduit rapidement et partage de nombreuses caractéristiques biologiques avec l'Homme. Cependant, d'autres espèces sont également employées selon les objectifs des recherches.

On retrouve notamment :

• Les souris
• Les rats
• Les poissons-zèbres
• Certains porcs
• Les poulets

Quels bénéfices pour la médecine humaine ?

Les découvertes réalisées grâce à ces animaux dépassent largement le domaine vétérinaire. Les recherches sur le microbiote ouvrent aujourd'hui des perspectives dans de nombreuses spécialités médicales.

Des travaux sont notamment en cours concernant les maladies digestives chroniques, certaines allergies, le diabète, l'obésité, certains cancers ou encore les maladies neurodégénératives.

Les animaux gnotoxéniques permettent également d'évaluer l'effet de nouveaux probiotiques ou de transplantations de microbiote avant d'envisager leur utilisation chez les patients.

Existe-t-il des limites ?

Même si ces modèles sont extrêmement utiles, ils ne reproduisent jamais parfaitement la complexité du vivant. Le microbiote naturel contient souvent plusieurs centaines d'espèces bactériennes qui interagissent entre elles de façon très complexe.

Les animaux gnotoxéniques permettent de simplifier ces interactions afin de mieux les comprendre, mais cette simplification ne reflète pas toujours exactement la réalité.

Par ailleurs, les résultats obtenus chez l'animal doivent toujours être confirmés avant toute application chez l'Homme.

Une contribution majeure à la recherche moderne

Les animaux axéniques et gnotoxéniques ont profondément transformé notre compréhension de la biologie. Grâce à eux, les scientifiques ont découvert que les micro-organismes ne sont pas uniquement responsables de maladies, mais qu'ils participent activement au bon fonctionnement de notre organisme.

Le développement spectaculaire des recherches sur le microbiote ces vingt dernières années doit beaucoup à ces modèles expérimentaux. Ils continueront probablement à jouer un rôle majeur dans les futures avancées en médecine, en nutrition et en santé animale.

Pour résumer, les animaux axéniques, totalement dépourvus de micro-organismes, et les animaux gnotoxéniques, dont le microbiote est parfaitement connu, sont des outils de recherche irremplaçables. Ils permettent de comprendre le rôle fondamental des bactéries dans la digestion, l'immunité, le métabolisme ou encore certaines maladies. Grâce à ces modèles, les chercheurs ont profondément renouvelé notre vision des relations entre les animaux, les humains et leur microbiote.