L'intolérance au Lactose

Introduction

Récemment, des débats ont éclaté autour de la nécessité du lait dans l’alimentation. En effet, selon les pays et leurs traditions, la consommation du lait diffère. Aux Pays-Bas par exemple, les gens boivent deux litres de lait par semaine, ils pensent que celui-ci les rend plus forts. En revanche, dans des pays comme la Chine, les gens peuvent en devenir malades.

De même, dans l’ère néolithique, aucune des populations ne pouvait digérer le lait à l’âge adulte. Cependant, certaines d'entre elles ont très vite développé une capacité à le digérer après l’enfance.

Dans le lait, c’est principalement la digestion de son sucre, le lactose, qui peut causer des intolérances.

Comment expliquer l’intolérance au lactose? Le lait de vache est-il nécessaire pour l'Homme?

Micro-trottoir

Le Samedi 25 Novembre 2012, nous avons réalisé une expérience cruciale pour notre TPE. Dans le centre d’Antibes Juan-les-pins, nous sommes parties en quête de réponses afin de réaliser une étude statistique sur le lait et sa digestion. Nos questions étaient :

- Buvez-vous du lait ?

- Si oui, quelle est votre motivation à en boire ? Si non, est-ce un problème de digestion ou est-ce par choix ?

- Si vous ne buvez pas de lait, consommez-vous un de ses dérivés (comme le lait de soja ou lait de riz) ? Si oui, lesquels ?

- Mangez-vous du fromage ou du yaourt ?

- Dans quelle tranche d’âge vous situez-vous ?

o 0-12 ans o 30-50 ans

o 12-20 ans o 50-70 ans

o 20-30 ans o 70 ans et +

À la suite de cette après-midi, nous avons obtenu 87 témoignages. Les résultats furent les suivants :

Dans ce graphique, nous observons les résultats pour les deux premières questions. Parmi tous les résultats que nous avons obtenu, ces informations ont été les plus importantes lors de la rédaction. En ce qui concerne les autres questions, nous avons pu constater que parmi ceux qui ne boivent pas de lait de vache, 67% ne prennent pas de dérivés. Cependant, concernant les dérivés consommés, nous avons eu de nombreuses réponses : Lait de Soja (goût noisette), Lait d’amande, Lait de Riz, Lait condensé et même Lait de Chamelle. Enfin, dans toute la population étudiée, nous avons pu constater que seulement 3.4% ne consommaient pas de fromage et de yaourt, et de même, 3.4 % mangeaient du fromage mais pas de yaourt. Enfin, quant aux tranches d’âge concernées par notre étude, nous avons obtenu des témoignages de toutes les tranches d’âge que nous avions établi, mais la majorité de nos réponses concernent des personnes de 30-50 ans (38%) ou de 0-12 ans (30%).

I. Etude du lait et de sa digestion

A. Les Constituants du lait

Nous pouvons constater grâce à ce tableau que les composants principaux du lait sont : la matière grasse (lipides), sucre (lactose, glucides), matières azotées (protides). Le lait comporte également une petite quantité de calcium qui le rend populaire car il permet le développement des os et des dents. En effet, dans les pourcentages relevés grâce au micro-trottoir, nous avons constaté que la principale motivation à boire du lait est sa teneur en calcium (55% de ceux qui boivent du lait).

Le lactose est une molécule du lait essentielle pour l'organisme. Cette molécule permet, comme tous les glucides mais aussi les lipides et les protéines, de fournir les nutriments permettant la synthèse d'énergie. Elle joue aussi un rôle important dans l'alimentation de l'encéphale et des muscles. Le lactose possède des propriétés qui lui sont propres. Il permet la bonne utilisation du calcium du lait, la digestion des protéines du lait et le développement de la flore intestinale (micro-organismes du tube digestif).

A l’aide de la comparaison du lait maternel et du lait de vache, nous observons que les doses de certains composants sont plus élevées chez la vache (36 g/L de protides chez la vache contre seulement 12 g/L chez la femme ou 1200 mg de calcium dans le lait de vache contre 400 mg pour le lait maternel). Cependant, certains composants sont en quantités égales chez la femme et la vache, et certains sont en plus grandes quantités dans le lait maternel en particulier le lactose (65-70 g/L chez la femme contre 45-50 g/L dans le lait de vache).

Les informations suivantes sont tirées de l'interview que nous avons réalisé avec un médecin et certaines données proviennent de l'Académie française de Médecine ainsi que de l'ONS (Office Nationale des Statistiques) :

"Il y a une importante différence entre le lait de vache et le lait maternel. En premier lieu, le lait maternel a une teneur en lactose plus élevée et contient moins de protéine et de caséine (protides) qui sont sans intérêt chez le nourrisson. Ce lait a une teneur unique en macrophages (cellules d'origine sanguine qui appartiennent au système immunitaire) et en leucocytes (globules blancs très importants pour les défenses immunitaires). La mère, à travers le lait maternel, protège donc son enfant jusqu'à ce qu'il atteigne six mois, âge à partir duquel il créera ses anticorps lui-même. En effet, il contient des anticorps (également appelés immunoglobulines : protéines jouant un rôle dans la défense de l'organisme contre les agressions) qui dégradent certaines molécules et protègent l'enfant d'infections et de certaines allergies respiratoires et cutanées. Ensuite, le lait maternel apporte des acides gras essentiels au bon développement de la vision, du développement cérébral et psychomoteur de l'enfant. Pour conclure, le lait maternel est également une prévention contre la mort subite du nourrisson, l'obésité, certaines pathologies liées aux allergies ou des infections gastro-intestinales."

B. La digestion du lait

Le Samedi 25 Novembre 2012, nous avons réalisé un micro-trottoir dans la ville d’Antibes et avons interviewé 87 personnes. A l’issue de cette expérience, nous avons constaté que 38% de cette population ne boit pas de lait et que 33% d’entre eux présentent une intolérance au lactose. Mais comment expliquer ces problèmes de digestion?

Le lactose est un disaccharide, c'est-à-dire que c'est une molécule "double", composée de deux molécules de sucre: une de glucose et une de galactose (qui sont des isomères). La digestion de cette molécule nécessite la séparation des deux isomères.

Schéma de la structure d'une molécule de lactose

La digestion est le phénomène par lequel une enzyme permet aux aliments de se transformer pour traverser la paroi de l'intestin grêle pour passer dans le sang.

La digestion du lait se fait dans l’intestin grêle grâce à l’action de l’enzyme lactase (β-galactosidase). Cette enzyme n’étant pas présente dans l’estomac, le lait n’est pas assimilé par l’organisme avant d’arriver dans l’intestin. Dans celui-ci, l’enzyme de lactase permet la division du lactose (sucre du lait, glucide) en glucose et galactose : on parle d'hydrolyse. Pour séparer le lactose en glucose et galactose, il manque à ces éléments chimiques l'équivalent d'une molécule d'eau, qui leur est apportée lors de cette réaction. La transformation est terminée lorsque le glucose et le galactose traversent la paroi de l’intestin pour passer dans le sang. En effet, le lactose à l’état d’origine est une molécule trop importante pour traverser la paroi intestinale, c’est pourquoi l’hydrolyse de cette molécule est nécessaire.

Schéma simplifié de la digestion du lactose par l'enzyme lactase dans l'intestin grêle

Nous avons ainsi essayé de démontrer ce phénomène à l’aide de deux expériences consécutives pour prouver : d’une part, que la lactase permet l’hydrolyse du lactose en glucose et galactose ; et d’autre part, que cette hydrolyse permet l'absorption intestinale.

Expérience 1:

Le vendredi 23 novembre nous avons réalisé une expérience dans le but d’expliquer la digestion du lait.

Protocole expérimental:

- Premièrement, nous avons mis du lait dans des conditions de digestion. Nous l'avons fait chauffer au bain marie jusqu’à ce qu’il atteigne 38°C (température de l’intestin).

- Pendant ce temps, nous avons préparé deux béchers sur lesquels nous avons placé un film cellophane non tendu. Celui-ci est imperméable aux grosses molécules et perméable aux petites.

- Une fois le lait chaud, nous l’avons versé sur les deux films cellophane et nous avons vérifié l’absence de glucose dans les deux récipients (à l’aide d’une bandelette de gluco-test).

- Ensuite, nous avons pillé des comprimés de lactase afin de les mettre en poudre. Nous les avons mélangé dans l’un des deux récipients contenant du lait (l'autre représentant l’expérience témoin).

- Après quelques instants, on vérifie cette fois la présence de glucose dans le montage expérimental et son absence dans le montage témoin.

Dans ce montage, le film cellophane représentait la paroi de l'intestin et le reste du bécher, le sang. Nous espérions voir passer le glucose à travers le film cellophane.

Résultats : Lors du premier gluco-test, le test est négatif (couleur bleue: 0g/L). Le glucose n’est pas présent ce qui confirme qu’une enzyme est nécessaire pour digérer le lactose. Après la réaction, le gluco-test est négatif dans l’expérience témoin : la digestion n’a pas eu lieu. Or, dans le deuxième récipient le gluco-test est positif (vert et marron : 10g/L) : il indique une concentration importante en glucose.

Déduction : D’après ces résultats et une étude moléculaire, l’enzyme de la lactase a permis la division du lactose en glucose et galactose.

Expérience 2 :

A l’issue de cette première expérience, nous avons constaté que nous avions seulement démontré la digestion du lait, mais pas l'absorption intestinale. Pour cela, nous avons réalisé une seconde expérience le vendredi 7 décembre 2012.

Nous avons réitéré l’expérience 1, en ajoutant de l’eau dans le bécher et en faisant tremper le film cellophane dans celle-ci (voir ci-dessus).

Dans ce modèle expérimental, l’eau représente le sang et le film cellophane la paroi de l’intestin grêle. Nous espérions voir le glucose passer depuis le lait à travers le film cellophane et arriver dans l'eau, comme le montre ce schéma:

Résultats : Lors du premier gluco-test dans le lait sans lactase, le test est négatif. Le glucose n’est pas présent ce qui confirme qu’une enzyme est nécessaire pour digérer le lactose. Après la réaction avec lactase, nous retirons le film cellophane sur le montage expérimental et nous testons la présence de glucose dans l’eau : le test est positif (couleur verte: entre 2.5 et 5 g/L). Cependant nous n'avons pas attendu suffisamment longtemps avant d'enlever le film cellophane, par conséquent la teneur en glucose n'est pas très élevée.

Déductions : Grâce à cette expérience complémentaire, nous pouvons déduire que l’enzyme lactase permet deux actions importantes sur le lait. La première, observée dans l’expérience 1 est que la lactase divise le lactose présent dans le lait en glucose et galactose. La deuxième, observée dans la seconde expérience, est que cette enzyme permet de digérer le lait. En effet, après division du lactose, le glucose passe à travers la paroi de l'intestin grêle (film cellophane) pour passer dans le sang (dans cette expérience, le sang était représenté par l’eau).

C. D'autres produits laitiers mieux tolérés par l'organisme.

L'intolérance au lait est fréquente mais d'autres produits laitiers sont mieux tolérés. Ceux-ci contiennent moins de lactose (comme le yaourt, la crème fraiche ou la crème glacée qui comportent 3-4% de lactose). Les problèmes de tolérance au lait sont principalement dus au fait que le lait, en absence de la lactase, stagne dans l'intestin grêle et des bactéries l'utilisent et produisent de l'hydrogène à l'origine des douleurs, des ballonnements et des diarrhées. Cependant, les autres produits laitiers passent plus rapidement de l'intestin au sang grâce à leur teneur plus faible en lactose, diminuant ainsi les risques d'intolérances.

Et plus précisément le fromage, qui n'est pas impliqué dans les problèmes de digestion. Lors de sa fabrication, une première étape permet d'éliminer une grande partie du lactose (l'égouttage), puis lors d'une deuxième étape, le lactose se transforme grâce à l'action des bactéries qui le divise en glucose et galactose (l'affinage). Le fromage ne contient donc pas ou très peu de lactose à l'issue de sa fabrication.

Dans le cas du yaourt, il passe aussi plus rapidement de l'intestin au sang car les bactéries qui le composent le rendent digeste. C'est pour cette raison que la majorité des personnes souffrant de troubles digestifs sont tolérants aux yaourts.

Grâce au micro-trottoir, nous avons constaté que sur 33 personnes qui ne buvaient pas de lait, 25 d’entre elles consommaient tout de même du fromage et du yaourt, ce qui équivaut à 75%. Nous pouvons constater que le yaourt est néanmoins moins bien digéré car 3 des 33 personnes (9%) ne digérant pas le lait ne consommaient pas de yaourt mais mangeaient du fromage.

II. Les causes génétiques

A. Les différents génotypes

Il y a 3 phénotypes différents par rapport à la digestion du lactose:

1. Déficience congénitale en lactase : intolérance dès la naissance.

2. Lactase non persistant : arrêt ou diminution de la production de lactase après l'enfance.

3. Lactase persistant : capacité à digérer le lactose, même à l’âge adulte.

Le gène de la lactase se trouve sur le chromosome 2 et il comporte 17 exons pour un polypeptide de 1927 acides aminés.

1. Déficience congénitale en lactase

Ces individus ne produisent aucune lactase, et ce dès la naissance, ils ne peuvent donc pas digérer le lactose. Le seul traitement possible est l'exclusion définitive du lactose dans le régime alimentaire.

Est-ce héréditaire ?

La méthode du calcul relatif :

Pour déterminer si une maladie est d’origine génétique ou non, on peut utiliser le calcul relatif, basé sur des études familiales. On calcule la fréquence de la maladie dans la population générale, puis sa fréquence chez les apparentés au premier degré (les frères et sœurs) dans des familles où l’un des enfants est atteint de la maladie.

Le résultat du calcul : prévalence chez les apparentés (la prévalence dans la population permet d’établir si la maladie est héréditaire). Ainsi, si le résultat est supérieur à 1, celle-ci est bien d’origine génétique.

En Finlande, le phénotype de la déficience en lactase est plus répandu que dans le reste du monde avec une prévalence d’un cas sur 60.000 individus. Des chercheurs finlandais ont réalisé des études familiales notamment sur 12 familles avec un enfant atteint de déficience congénitale.

Famille	Enfant malade	Apparentés (frères et sœurs)
		Malades	Sains
1	1	1	2
2	1	-	2
3	1	1	-
4	1	-	-
5	1	-	1
6	1	1	2
7	1	-	1
8	1	-	-
9	1	1	1
10	1	-	-
11	1	-	2
12	1	-	2
Totaux	12	4	13

On constate que sur 29 enfants, 16 sont malades.

En utilisant la méthode du calcul relatif, on compare la prévalence de la maladie dans ces familles avec celle de la population finlandaise : le risque relatif trouvé est de plus de 14.000, ce qui indique un déterminisme génétique très élevé.

De plus, on peut aussi conclure que l’allèle de la déficience en lactase est récessif. En effet, dans les familles, les parents ne sont pas atteints, malgré le fait qu’ils aient un ou plusieurs enfants malades : ils sont donc capables de transmettre l’allèle Lac -. Les parents sont donc hétérozygotes (Lac + // Lac -), avec l’allèle Lac + dominant.

La différence phénotypique chez ces personnes réside dans des mutations, particulièrement l’apparition d’un codon stop au codon 1390, ce qui conduit à l’arrêt prématuré de la protéine à 1389 acides aminés au lieu de 1927. L'enzyme n'est donc pas fonctionnelle, et l'enfant ne peut pas digérer le lactose.

2. Lactase persistant et non persistant

Ces deux phénotypes diffèrent par le seul gène de la lactase.
Nous prendrons ici l'exemple d'une famille dans laquelle les deux parents ont le phénotype [LP] (lactase persistant) et qui ont deux enfants: l’un [LP], Maxence, et l’autre [LNP] (lactase non persistant), Maxime. En comparant les séquences codantes du gène lactase chez les membres de la famille, nous espérons cibler cette mutation.

Grâce à Anagène, nous constatons que les séquences codantes sont exactement les mêmes chez tous les membres de la famille: la différence entre [LP] et [LNP] ne vient donc pas de la région codante. En effet, nous pouvions le déduire du fait que les personnes [LNP] comme Maxime peuvent digérer le lactose dans leur jeunesse, tout comme son frère Maxence, ce qui signifie qu'ils produisent alors une lactase fonctionnelle.

Cependant, après 5 ans, il n y a plus de séquences d'ARNm chez les individus [LNP] :

Ainsi, nous déduisons qu’il existe des séquences du gène qui ne sont pas codantes, mais qui ont une influence sur la transcription du gène. Cette zone est appelée zone régulatrice. Ici, elle est située en amont de la séquence codante du gène de la lactase.

Avec Anagène, nous constatons que chez tous les individus européens de phénotype [LNP], il y a un nucléotide C à la place du nucléotide 13910, tandis que les personnes [LP] possèdent un nucléotide T.

Nous comparons alors la zone régulatrice chez les membres de la famille précédemment étudiée. Nous retrouvons cette même mutation : T pour Maxence, et C pour Maxime.

Nous pouvons alors conclure de cette comparaison que le génotype [LNP] est récessif, car les parents sont hétérozygotes T/C et sont [LP].

Mais quel génotype est du à une mutation, et lequel est le gène ancestral ?

Nous étudions la séquence régulatrice de fossiles du néolithique européens datés de -8000 ans. Tous sont du génotype (C//C) en -13910, donc ce génotype est ancestral.

Ainsi les hommes du Néolithique ne digéraient pas le lait!

Le phénotype [LP] est donc du à une mutation, qui s’est répandue plus tardivement dans certaines populations. En effet, alors que la majorité des africains sont de type [LNP], quelques populations africaines ont une majorité d’individus [LP].

En analysant les séquences régulatrices des individus [LP] de ces populations, nous remarquons qu’ils ne possèdent pas la même mutation (T en -13910), mais une autre également. Il y a 3 mutations différentes chez ces personnes (en -13907, -13915, -14010).

Ainsi, des mutations différentes dans la zone régulatrice peuvent aboutir au même changement dans la zone codante du gène.

Une question se pose : pourquoi le phénotype [LP] s’est-il développé aussi rapidement et seulement au sein de certaines populations ?

B. La sélection naturelle

Ces populations d’Europe et d’Afrique sont de celles qui ont développé le plus tôt l’agriculture, l’élevage de bétail et donc la consommation de lait d’animaux. Ainsi, la mutation, qui était sûrement déjà présente chez de rares individus, est devenue bénéfique. En effet, ceux qui pouvaient digérer le lait survivaient plus facilement que les hommes qui avaient moins de choix dans leur régime alimentaire. La lactase devint de plus en plus utile à la survie et à la reproduction des adultes : on dit que les personnes capables de digérer le lait avaient une valeur sélective plus grande, car leur génotype avait plus de chances d’être transmis aux prochaines générations.

Ils avaient donc un avantage sélectif : c’est la sélection naturelle.

Ceci explique que les populations qui consommèrent du lait comptent une fréquence élevée de personnes tolérantes au lactose, alors que celles qui n’en buvaient pas comptent une fréquence plus faible.

Dans le Nord de l’Europe (chez les Finlandais, les Danois et les Allemands par exemple), la grande majorité de la population est tolérante au lactose : seule 4 % n’est pas capable de le digérer. En Amérique, Afrique du Sud et en Chine, au contraire, entre 80 % et 100 % des individus sont rendus malade par la consommation de lait de vache !

Autour du bassin méditerranéen en moyenne 50% de la population est tolérante au lactose. Cependant l'apparition de la tradition de boire du lait dans cette région date d'il y a très longtemps. Ainsi, aujourd’hui cette population est devenue presque intégralement tolérante. En effet grâce au micro-trottoir réalisé dans la ville Méditerranéenne d'Antibes Juan-les-Pins nous avons pu confirmer cette étude statistique; les résultats obtenus montrent que 62% de la population étudiée était tolérante.

De plus, la soudaine nécessité de pouvoir digérer le lait à l’âge adulte a permis au phénotype [LP] de se développer très rapidement.