La concentration et la population des microorganismes de la flore intestinale normale varient tout le long du tube digestif. La flore de l’estomac, du duodénum, du jéjunum et de l’iléon proximal est plutôt clairsemée, en général inférieure à 10⁵ /mL. L’iléon distal marque une zone de transition entre la flore clairsemée de l’intestin grêle proximal et la flore luxuriante de l’intestin distal où les concentrations de microorganismes atteignent 10¹¹ /mL. Les espèces prédominantes sont des anaérobies stricts, notamment Bacteroides, des streptocoques anaérobies, Bifidobacterium et Clostridium. Les microorganismes aérobies les plus courants sont E. coli, mais leur concentration (10⁸ /mL) ne représente que 1/1000 de la concentration usuelle des anaérobies dans le côlon.

En temps normal, la flore bactérienne se trouve dans la lumière intestinale et dans la couche de mucus qui tapisse l’épithélium; elle est aussi fixée aux cellules muqueuses elles-mêmes. Chaque espèce microbienne se fixe sur un type spécifique de cellule ou de tissu. Par exemple, Streptococcus mutans, microorganisme présent dans la bouche et responsable de la carie dentaire, ne se fixe qu’à l’émail des dents; si l’on arrache les dents, Streptococcus mutans disparaît de la flore buccale. Ce phénomène de fixation sélective pourrait jouer un rôle important dans l’établissement et le maintien de la flore normale.

Quels sont les mécanismes de contrôle de la flore normale de l’intestin grêle? Premièrement, dans l’estomac, l’acide empêche la croissance de la majorité des microorganismes qui pénètrent par l’oropharynx. La bile au niveau du duodénum a d’autres propriétés antibactériennes. Deuxièmement, la motilité de l’intestin grêle a aussi comme effet mécanique de balayer les bactéries et contribue à maintenir les microorganismes à des concentrations faibles dans la partie proximale de l’intestin. Troisièmement, la valvule iléocaecale joue un rôle important en empêchant le reflux de grandes quantités de microorganismes en provenance du côlon. Enfin, le mucus sécrété par les cellules caliciformes et les immunoglobulines exercent une action antibactérienne.

Alors que l’intestin grêle détermine son nombre de microorganismes, dans le côlon, ce sont les microorganismes qui déterminent eux-mêmes leur concentration. Les acides gras volatils (p. ex. les acides acétique, butyrique et propionique) sont produits par les anaérobies et aussi par certains coliformes. Ces acides gras à chaîne courte diminuent le pH intraluminal et empêchent la croissance de certains microorganismes, ce qui permet d’en maîtriser la prolifération. De plus, certains microorganismes produisent d’autres substances, appelées bactériocines, pour inhiber la croissance bactérienne.

Nous venons de voir les microorganismes en cause, l’endroit où ils se trouvent et la manière dont leur nombre est contrôlé. Nous allons maintenant examiner l’impact considérable de la flore normale sur les composants intraluminaux, comme les aliments, l’urée, la bilirubine, les sels biliaires, les médicaments et les toxines potentielles. Les glucides alimentaires sont fermentés par les bactéries, ce qui donne naissance à des acides gras à chaîne courte, à de l’hydrogène et à du gaz carbonique. Les acides gras des glucides et ceux des graisses alimentaires sont hydroxylés par la flore intestinale. Ces acides gras hydroxylés stimulent la sécrétion de liquide et sont donc laxatifs.

De la même façon, les bactéries modifient les protéines et les acides aminés. Le tryptophane est transformé en composés indoles, la glycine, en ammoniaque, et la méthionine, en hydrogène sulfuré. L’urée est transformée en ammoniaque, réaction qui intervient dans l’encéphalopathie hépatique. La bilirubine est métabolisée en urobilinogène; les sels biliaires peuvent être scindés en enlevant la glycine et la taurine, et subir une déshydroxylation, l’acide cholique étant transformé en acide désoxycholique et l’acide chénodésoxycholique, en acide lithocholique. Cette action de séparation et de déshydroxylation rend les acides biliaires plus insolubles et moins capadles de former des micelles. Les bactéries peuvent aussi modifier la synthèse et le métabolisme des vitamines. La vitamine B₁₂ peut être liée et ainsi ne plus être absorbable (d’où un test de Schilling anormal en cas de prolifération bactérienne), alors qu’il peut y avoir production de vitamine K et d’acide folique.

La flore normale a aussi des effets sur les médicaments et les autres substances ingérées. La salazosulfapyridine, médicament utilisé dans la rectocolite hémorragique, n’est pas absorbée sous sa forme originelle. Les bactéries intestinales scindent la substance en deux fragments, l’acide aminosalicylique (produit actif) et la sulfapyridine (produit inactif). Le sulfamide succinylsulfathiazol est inactif, mais sous l’action de bactéries intestinales il est transformé en sulfathiazol, un antimicrobien actif. Le cyclamate constitue un autre exemple; il est inerte et non absorbé sous sa forme originelle. La flore intestinale produit de la cyclohexylamine, substance potentiellement carcinogène. Par contre, les bactéries peuvent activer les promédicaments et produire des substances carcinogènes.