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Le microbiote intestinal joue un rôle important dans la santé des chiens. Les changements dans la composition du microbiote conduisent au déséquilibre de ces micro-organismes qui est appelé dysbiose. Les objectifs de cette étude étaient d’évaluer l’impact de l’administration orale de Saccharomyces cerevisiae sur le microbiote fécal des chiens en bonne santé et d’évaluer le potentiel de Saccharomyces cerevisiae dans la prévention de la dysbiose induite par les antibiotiques. Les chiens ont été divisés en un groupe témoin (n=10) et un groupe probiotique (n=10). Le groupe probiotique a reçu 1 g/kg de S. cerevisiae par jour de D0 à D31. Les deux groupes ont reçu 15 mg/kg de métronidazole par voie orale toutes les 12h, de D11 à D17. Des écouvillons fécaux ont été prélevés sur les échantillons D0, 3, 11, 17, 20, 24 et 31 pour analyse du microbiote. Du sérum sanguin a été prélevé sur D0 et D24 pour des cytokines IL-2, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12, IFN-Υ et TNF-α. Le séquençage de l’ADN pour l’analyse du microbiote a été effectué à l’aide de la plateforme Illumina MiSeq et les données ont été analysées à l’aide du logiciel Mothur. La supplémentation en S. cerevisiae a été associée à des changements dans la composition du microbiote après 3 jours (p-value=0,002). Comme on pouvait s’y attendre, le métronidazole a considérablement modifié la composition du microbiote des deux groupes à partir de D11 jusqu’à D17 (valeur p < 0,001). Même si les deux groupes ont changé de façon marquée de D11 à D17, il y avait une différence significative entre les groupes de D17 (p-value=0,012) et de D20 (p-value=0,036), suggérant que le probiotique utilisé a la capacité de moduler le microbiote des chiens confrontés à la dysbiose. Il n’y avait pas de différence significative entre les groupes pour le D24 (p-value=0,388), mais pour le D31, les chiens du groupe probiotique ressemblaient à leur microbiote de référence, tandis que certains animaux du groupe témoin demeuraient dans l’état dysbiotique (p-value=0,002). Le TNF-α avait considérablement diminué dans le groupe des probiotiques à partir de D0 jusqu’à D24 (p-value=0,002). La quantité de TNF-α observée dans le groupe témoin par rapport au groupe probiotique de D24 était également significativement plus élevée (p-value=0,04). Il n’y avait aucune différence significative entre les autres cytokines mesurées dans le sang. On a également observé qu’un sous-ensemble des échantillons de référence (avant la supplémentation en probiotiques) présentait une abondance plus élevée de pathobiogènes (bactéries potentiellement pathogènes comme Escherichia, Helicobacter et Pseudomonadaceae)., tandis que les autres chiens avaient une plus grande abondance d’organismes bénéfiques (tels que Fusobacteriaceae, Bacteroides, Faecalibacillus, Bacterioidaceae, et Ruminococcaceae). Trois jours après la supplémentation en probiotiques, les chiens transportant plus de pathobiogènes se sont rapprochés d’un profil microbiote plus sain. En conclusion, on a observé que l’utilisation de S. cerevisiae était associée à des changements dans la composition du microbiote chez un groupe de chiens malades. Il a également été observé que la supplémentation avec S. cerevisiae a été en mesure de moduler les changements dans le microbiote intestinal pendant la dysbiose induite par les antibiotiques chez les chiens. Mots clés : Saccharomyces cerevisiae, manipulation du microbiote, microbiote intestinal du chien, antibiotiques., The gut microbiota plays an important role in the health of dogs. The changes in the microbiota composition lead to the imbalance of these microorganisms which is called dysbiosis. The objectives of this study were to evaluate the impact of oral administration of Saccharomyces cerevisiae on the fecal microbiota of healthy dogs and to evaluate the potential of S. cerevisiae in preventing dysbiosis induced by antibiotics. Dogs were divided in a control (n=10) and a probiotic group (n=10). The probiotic group received 1 g/kg of S. cerevisiae per day from D0 to D31. Both groups were given oral metronidazole 15 mg/kg every 12h from D11 to D17. Fecal swabs were collected on D0, 3, 11, 17, 20, 24, and 31 for microbiota analysis. Blood serum was collected on D0 and D24 for measurements of cytokines IL-2, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12, IFN-Υ, and TNF-α. DNA sequencing for microbiota analysis was performed using the Illumina MiSeq platform and data was analyzed using the software Mothur. Supplementation with S. cerevisiae was associated with changes in the microbiota composition after 3 days (p-value=0.002). As expected, metronidazole markedly changed the microbiota composition of both groups from D11 to D17 (p-value

La compréhension scientifique des mécanismes prébiotiques et probiotiques s'est considérablement développée ces dernières années. Bien que les effets soient souvent spécifiques à une souche et à un produit, certains avantages des prébiotiques et des probiotiques peuvent être induits par des mécanismes communs et partagés et peuvent donc être généralisables. L'utilisation de nouveaux outils physiologiques et analytiques dans un cadre de recherche multidisciplinaire permettra d'élucider d'autres mécanismes. Il sera ainsi possible d'améliorer la compréhension des effets des prébiotiques, probiotiques et symbiotiques sur la santé. Sur la base des preuves scientifiques solides obtenues récemment, cette monographie est un ouvrage de référence très intéressant, destiné à informer un large public sur le microbiote intestinal et les concepts nutritionnels des prébiotiques et probiotiques.

Gram-positive bacteria of the species Lacticaseibacillus casei (formerly known as Lactobacillus casei) are fermentative bacilli found in dairy products that are known for their anti-inflammatory properties and beneficial effects against pathogens. Like all living organisms, L. casei produces nanostructures of 20 to 400 nm in diameter bounded by a lipid membrane called membrane vesicles (MVs). MVs have been shown to contain various cellular constituents and exert multiple functions. However, despite the growing interest in Gram-positive MVs over the past 10 years, the mechanisms of biogenesis and the roles played by these vesicles remain poorly characterized. In this context, the objectives of this thesis project are (i) to characterize the MVs released by the L. casei strain BL23, (ii) to identify the biogenesis mechanisms and finally (iii) to study the roles played by these MVs. In this work, we demonstrated the production of MVs by L. casei BL23 using electron microscopy, then the size and protein composition of the purified MVs were examined. Based on the characterization results, the contribution of L. casei BL23 prophages to the biogenesis of MVs was investigated by a site-directed mutagenesis approach. Our results suggest a contribution of the PLE2 prophage in the production of MVs by L. casei BL23 in the absence or presence of genotoxic stress. Furthermore, we also showed that the MVs of L. casei BL23 exhibited an antibiofilm activity against several pathogenic and spoilage bacteria. These results pave the way for the use of MVs of L. casei BL23 to fight against the formation of bacterial biofilms., Les bactéries à Gram positif de l’espèce Lacticaseibacillus casei (anciennement appelée Lactobacillus casei) sont des bacilles fermentaires présents dans les produits laitiers qui sont connues pour leurs propriétés anti-inflammatoires et leurs effets bénéfiques dans la lutte contre les pathogènes. Comme tous les organismes vivants, L. casei produit des nanostructures de 20 à 400 nm de diamètre délimitées par une membrane lipidique appelées vésicules membranaires (MVs). Les MVs ont été décrites comme pouvant contenir divers constituants cellulaires et exercer de multiples fonctions. Toutefois, malgré l’intérêt croissant accordé aux MVs de bactéries à Gram positif ces 10 dernières années, les mécanismes de biogenèse et les rôles exercés par ces vésicules restent encore peu caractérisés. Dans ce contexte, ce projet de thèse a pour objectifs (i) de caractériser les MVs libérées par la souche BL23 de L. casei, (ii) d’identifier les mécanismes de biogenèse et enfin (iii) d’étudier les rôles exercés par ces MVs. Dans ce travail, nous avons mis en évidence la production de MVs par L. casei BL23 grâce à des analyses de microscopie électronique, puis la taille et la composition protéique des MVs purifiées ont été étudiées. Sur la base des résultats de caractérisation, le rôle des prophages de L. casei BL23 dans la biogenèse des MVs a été examiné par une approche de mutagenèse dirigée. L’ensemble de nos résultats suggèrent une contribution du prophage PLE2 dans la production des MVs par L. casei BL23 en l’absence ou en présence de stress génotoxiques. Par ailleurs, nous avons mis en évidence une activité antibiofilm des MVs de L. casei BL23 sur un panel de bactéries pathogènes et de bactéries d’altération. Ainsi, ces résultats ouvrent la voie à l’utilisation de MVs de L. casei dans la lutte contre la formation de biofilms bactériens.

L’avènement des techniques de séquençage de l’ADN a permis l’approfondissement des connaissances sur le microbiote intestinal humain. Aujourd’hui, nous savons que la dysbiose est liée à certaines pathologies, notamment l’obésité. En effet, le microbiote intestinal joue un rôle dans l’obésité par l’augmentation de l’absorption de l’énergie, de l’appétit central, du stockage des graisses et de l’inflammation chronique de bas grade. La modulation du microbiote intestinal est donc un axe intéressant dans la régulation pondérale des obèses. Elle est réalisable par des interventions alimentaires comme la modification des apports en macronutriments et micronutriments, mais surtout par l’apport de probiotiques et prébiotiques grâce à des aliments fermentés ou enrichis en probiotiques, et des aliments riches en fibres. Une prise de compléments alimentaires de probiotiques et de prébiotiques peut aider à enrichir le microbiote intestinal. L’adoption d’une hygiène de vie saine et l’éviction des agresseurs du microbiote intestinal sont nécessaires pour éviter la dysbiose. Les résultats actuels sont prometteurs et ouvrent la voie à des perspectives thérapeutiques comme la transplantation de microbiote fécal, la nutrition personnalisée et la thérapie par les phages. Des recherches sont encore nécessaires pour mieux connaitre les mécanismes liant le microbiote intestinal et l’obésité, et identifier le rôle de chaque micro-organisme dans la prise de poids. Une maitrise profonde de ces paramètres permettra de préciser les recommandations hygiéno-diététiques et médicales dans le cadre de la prise en charge de l’obésité par la modulation du microbiote intestinal.

L'axe microbiote-intestin-cerveau joue un rôle potentiel dans la dépression et l'anxiété. L'acide γ-aminobutyrique (GABA) fait partie de cet axe et est altéré chez les individus dépressifs et/ou anxieux. Plusieurs probiotiques à effets antidépresseurs appartiennent à des genres bactériens capables de produire du GABA. Le mécanisme par lequel ces probiotiques ont un effet sur la dépression et l'anxiété reste à établir. L'objectif principal de la présente étude était d'évaluer les comportements associés à la dépression et à l'anxiété ainsi que les sous-unités α1-5 du récepteur GABA-A dans le cerveau et l'intestin chez un modèle murin de stress social chronique. Des souris mâles de lignée C57BL/6N ont été exposées à un stresseur de défaite sociale chronique (SDSC) ou à une condition témoin. L'évitement social, la peur envers des environnements ouverts et éclairés, la motivation à se toiletter, et l'adaptation passive au stress ont été évalués et des échantillons de l'hippocampe, du cortex préfrontal, du jéjunum et du côlon ont été recueillis. L'objectif secondaire de la présente étude était de déterminer, par bioluminescence, la viabilité in vivo d'une bactérie contenant le gène glutamate décarboxylase beta (GadB, une enzyme permettant la conversion du glutamate en GABA). Le SDSC a augmenté l'évitement social et l'inactivité chez les souris susceptibles aux effets comportementaux du stresseur. Les sous-unités α1-5 sont demeurées inchangées par le SDSC, mais une coordination élevée entre ces sous-unités a été détectée dans le cortex préfrontal des souris susceptibles. La bactérie munie de GadB a survécu au transit intestinal, étant détectée dans les fèces jusqu'à 24h post-gavage. Le profil comportemental et moléculaire établi dans la présente étude sera utilisé comme fondation pour une étude évaluant les effets d'une bactérie productrice de GABA.

Depuis de nombreuses années, et notamment lors de mon exercice officinal, je n’ai eu de cesse de m’intéresser au microbiote intestinal, ce monde fascinant, logé au sein de notre corps humain et notre intestin, peuplé d’une grande diversité de micro organismes, que beaucoup appelaient notre deuxième cerveau. C’est pourquoi, tout au long de ce travail je vais tenter de présenter ce microbiote, comprendre son histoire, les moyens nous ayant permis de dresser sa composition, ses fonctions mais aussi l’intérêt thérapeutique que peut représenter sa modulation, et dans quelles pathologies nous avons découvert une utilité de celle-ci. Au moyen de plusieurs ouvrages littéraires et beaucoup de recherche et de tri sur des études ayant explorés ses fonctions, j’ai pu développer dans un premier temps sur notre tractus digestif, le microbiote intestinal en lui-même avec les méthodes d’analyses nous ayant permis d’en arriver là, ses rôles, définir les probiotiques et enfin dresser une liste des pathologies ayant un lien clair avec le microbiote intestinal, tandis que pour d’autres, ce lien est moins évident et peu établi. Il se pourrait que ce ne soit qu'un facteur de plus dans la survenue de ces maladies humaines. Ce rôle est donc clairement établi dans certaines diarrhées et notamment celles associée aux antibiotiques, dans l'obésité et certains troubles métaboliques associés, ainsi que le syndrome de l'intestin irritable. Cependant, malgré les nombreuses études prometteuses, il reste à prouver dans le cadre des maladies inflammatoires chroniques de l'intestin et de certaines allergies, pour lesquelles, les prochaines années devraient être décisives au vu du grand nombre de recherches engagées. Enfin, je terminerais ce travail par la présentation d’une technique aussi prometteuse que questionnée sur son éthique, la transplantation de microbiote fécal, qui pourrait à terme nous permettre de prévenir de certaines pathologies psychiatriques, de MICI et surtout de répondre au problème des bactéries multi résistantes émergentes.

Par sa contribution à l'ensemble des grandes fonctions de l'organisme, le microbiote intestinal possède un rôle essentiel dans la physiologie et la pathologie de son hôte. Un microbiote est caractérisé par son répertoire de gènes exprimés et, plus important encore, par les métabolites qu'il sécrète. De nombreuses études ont déterminé la composition taxonomique du microbiote, mais peu en ont caractérisé les gènes actifs, les protéines ou les métabolites, ce qui pourrait être plus pertinent. En effet, la composition taxonomique du microbiote humain varie énormément d'un individu à l'autre, tandis que sa composition génétique ou sa capacité fonctionnelle est très conservée. La capacité fonctionnelle du microbiote est redondante et capitale pour maintenir sa stabilité et sa résilience. A la notion de redondance fonctionnelle est associée l'idée que, jusqu'à un certain point, les espèces sont substituables d'un microbiote à l'autre en termes de fonctionnalité. Il est donc majeur d'identifier les métabolites du microbiote intestinal et de déterminer leur effet sur l'hôte. Les travaux présentés dans cette thèse sont focalisés sur la caractérisation de métabolites lipidiques produits par les bactéries intestinales afin d'étudier les interactions entre le microbiote intestinal et son hôte. Pour notre premier projet, nous nous sommes intéressés à une souche d'Escherichia coli, E. coli Nissle 1917 (EcN), indiquée comme probiotique dans les phases de rémission de la rectocolite hémorragique. Nous avons quantifié une augmentation de la concentration d'un acide gras ß-hydroxylé, le C18-3OH, produit par EcN par rapport à des E. coli commensales ou pathogènes. Nous avons donc testé les propriétés anti-inflammatoires de ce lipide dans un modèle murin de colite induit par le DSS. Le C18-3OH diminuait la sévérité de l'inflammation en se liant au récepteur nucléaire PPARgamma. L'utilisation d'un prébiotique (fructo-oligosaccharide) ayant une activité anti-inflammatoire, nous a permis de démontrer qu'une autre bactérie du microbiote intestinal, Holdemanella biformis, était également capable de produire de grande quantité de C18-3OH. Le microbiote joue un rôle critique dans la maturation et le développement, notamment intestinal, de son hôte. Par exemple, chez la souris, une modification du microbiote, ou dysbiose, induite par des antibiotiques lors du sevrage augmente l'intensité de l'inflammation dans un modèle de colite. Le microbiote étant extrêmement sensible à son environnement, le stress, qu'il soit subit en prénatal, post natal ou à l'âge adulte, modifie sa composition. Néanmoins, le lien de causalité entre le stress prénatal, la dysbiose du microbiote intestinal et les troubles fonctionnels digestifs n'a jamais été établi. Dans un modèle murin de stress prénatal (SP), nous avons montré que la descendance adulte mâle et femelle développait une hypersensibilité viscérale associée à une dysbiose du microbiote intestinal et une absence d'inflammation macroscopique, trois caractéristiques du syndrome de l'intestin irritable. Comme l'abondance de Ligilactobacillus murinus/animalis était inversement corrélée à l'hypersensibilité viscérale, nous avons étudié les lipides produits par cette bactérie et identifié un lipopeptide, le C14AsnGABA. L'administration intra-colique de cette molécule restaurait une normo-sensibilité viscérale chez les souris SP. Ces deux projets nous ont permis d'identifier des lipides ayant des propriétés anti- inflammatoires ou analgésiques produits par des bactéries présentes dans le microbiote intestinal. Ces molécules pourraient jouer un rôle dans l'interaction entre le microbiote et son hôte.; Par sa contribution à l'ensemble des grandes fonctions de l'organisme, le microbiote intestinal possède un rôle essentiel dans la physiologie et la pathologie de son hôte. Un microbiote est caractérisé par son répertoire de gènes exprimés et, plus important encore, par les métabolites qu'il sécrète. De nombreuses études ont déterminé la composition taxonomique du microbiote, mais peu en ont caractérisé les gènes actifs, les protéines ou les métabolites, ce qui pourrait être plus pertinent. En effet, la composition taxonomique du microbiote humain varie énormément d'un individu à l'autre, tandis que sa composition génétique ou sa capacité fonctionnelle est très conservée. La capacité fonctionnelle du microbiote est redondante et capitale pour maintenir sa stabilité et sa résilience. A la notion de redondance fonctionnelle est associée l'idée que, jusqu'à un certain point, les espèces sont substituables d'un microbiote à l'autre en termes de fonctionnalité. Il est donc majeur d'identifier les métabolites du microbiote intestinal et de déterminer leur effet sur l'hôte. Les travaux présentés dans cette thèse sont focalisés sur la caractérisation de métabolites lipidiques produits par les bactéries intestinales afin d'étudier les interactions entre le microbiote intestinal et son hôte. Pour notre premier projet, nous nous sommes intéressés à une souche d'Escherichia coli, E. coli Nissle 1917 (EcN), indiquée comme probiotique dans les phases de rémission de la rectocolite hémorragique. Nous avons quantifié une augmentation de la concentration d'un acide gras ß-hydroxylé, le C18-3OH, produit par EcN par rapport à des E. coli commensales ou pathogènes. Nous avons donc testé les propriétés anti-inflammatoires de ce lipide dans un modèle murin de colite induit par le DSS. Le C18-3OH diminuait la sévérité de l'inflammation en se liant au récepteur nucléaire PPARgamma. L'utilisation d'un prébiotique (fructo-oligosaccharide) ayant une activité anti-inflammatoire, nous a permis de démontrer qu'une autre bactérie du microbiote intestinal, Holdemanella biformis, était également capable de produire de grande quantité de C18-3OH. Le microbiote joue un rôle critique dans la maturation et le développement, notamment intestinal, de son hôte. Par exemple, chez la souris, une modification du microbiote, ou dysbiose, induite par des antibiotiques lors du sevrage augmente l'intensité de l'inflammation dans un modèle de colite. Le microbiote étant extrêmement sensible à son environnement, le stress, qu'il soit subit en prénatal, post natal ou à l'âge adulte, modifie sa composition. Néanmoins, le lien de causalité entre le stress prénatal, la dysbiose du microbiote intestinal et les troubles fonctionnels digestifs n'a jamais été établi. Dans un modèle murin de stress prénatal (SP), nous avons montré que la descendance adulte mâle et femelle développait une hypersensibilité viscérale associée à une dysbiose du microbiote intestinal et une absence d'inflammation macroscopique, trois caractéristiques du syndrome de l'intestin irritable. Comme l'abondance de Ligilactobacillus murinus/animalis était inversement corrélée à l'hypersensibilité viscérale, nous avons étudié les lipides produits par cette bactérie et identifié un lipopeptide, le C14AsnGABA. L'administration intra-colique de cette molécule restaurait une normo-sensibilité viscérale chez les souris SP. Ces deux projets nous ont permis d'identifier des lipides ayant des propriétés anti- inflammatoires ou analgésiques produits par des bactéries présentes dans le microbiote intestinal. Ces molécules pourraient jouer un rôle dans l'interaction entre le microbiote et son hôte.

The microbiota is an important player in human health as shown by the growing interest of researches on it. It exerts protective, metabolic and immune functions and communicates with the brain. Products that can beneficially modulate the composition of the microbiota exist under different regulatory status. Dietary supplements and foods are positioned in a growing market worldwide. The role of the microbiota and of prebiotics and probiotics in the pathophysiology and / or treatment of diseases such as: Clostridioides difficile infection, chronic diseases with nutritional implications (hypertension, diabetes, dyslipidemia, obesity), psychiatric diseases ( depression, anxiety) and neurodegenerative (Alzheimer's disease and Parkinson's disease) have been more or less investigated depending on the diseases presented. Regarding studies evaluating the interest of prebiotic ingredients and probiotic foods in the prevention or treatment of the previous pathologies, the promising results remain to be confirmed by clinical studies. The concept of health by the intestine could in the near future allow the development of new preventive and therapeutic solutions in pathologies with increasing incidence in industrialized countries.; Le microbiote est un acteur important pour la santé humaine comme peut en témoigner l’intérêt grandissant de la recherche à son sujet. Il exerce des actions protectrices, métaboliques, immunitaires et communique avec le cerveau. Les produits pouvant moduler de façon bénéfique la composition du microbiote existent sous différents statuts réglementaires. Les compléments alimentaires et les aliments se positionnent dans un marché actuellement en croissance mondiale. Le rôle du microbiote et des prébiotiques et probiotiques dans la physiopathologie et/ou les traitements des maladies telles que : l’infection à Clostridioides difficile, les maladies chroniques métaboliques à implication nutritionnelle (hypertension, diabète, dyslipidémie, obésité), les maladies psychiatriques (dépression, anxiété) et neurodégénératives (maladie d’Alzheimer et maladie de Parkinson) a été plus ou moins investigué en fonction des maladies présentées. Concernant les études évaluant l’intérêt des ingrédients prébiotiques et des aliments probiotiques dans la prévention ou le traitement des pathologies précitées, les résultats prometteurs restent à confirmer par des études cliniques. Le concept de santé par l’intestin pourrait dans un futur proche permettre le développement de nouvelles solutions préventives et thérapeutiques dans des pathologies à incidence grandissante dans les pays industrialisés.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative incurable partageant des mécanismes pathogéniques avec la démence frontotemporale (DFT). Elle est caractérisée par la dégénérescence sélective des neurones moteurs de la moelle épinière et du cerveau. Depuis les 25 dernières années, plus de 20 gènes ont été associés avec ces maladies, incluant FUS, C9ORF72 et TARDBP. Cependant, les liens entre la pathologie, le stade de la maladie et les mécanismes cellulaires demeurent incertains, mais semblent être multifactoriels. Bien que la SLA soit principalement considérée comme une maladie affectant le système nerveux, plusieurs d’observations suggèrent que des signaux périphériques, incluant ceux du tractus gastro-intestinal et de son microbiome, pourraient influencer la progression de la maladie. Récemment, de nouvelles études font état de perturbations du microbiome, appelé dysbiose, de la bioénergétique mitochondriale et de la composition lipidiques dans la SLA. Toutefois, il y a un manque considérable de compréhension de l’effet de ces perturbations sur la pathogenèse de la SLA. Une dysbiose a également été identifiée dans d’autres maladies neurodégénératives, telles que la maladie d’Alzheimer (MA) et la maladie d’Huntington (MH). En utilisant l’organisme modèle Caenorhabditis elegans, nous avons identifié une souche probiotique, Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114, ayant des propriétés neuroprotectives dans différents modèles de SLA et de MH. Dans la première partie de cette thèse, nous avons démontrés que la neuroprotection conférée par L. rhamnosus HA-114 est unique par rapport aux autres souches de L. rhamnosus et réside dans son contenu en acide gras. Ces effets bénéfiques requièrent acdh-1/ACADSB, kat-1/ACAT1 and elo-6/ELOVL3/6, gènes impliqués dans le métabolisme des lipides et la β-oxydation mitochondriale. De plus, HA-114 retarde l’apparition des symptômes et réduit la neurodégénérescence chez la souris SOD1G93A. Nos résultats suggèrent que des perturbations du métabolisme des lipides contribuent à la neurodégénérescence et que HA-114 restaure l’homéostasie lipidique et énergétique via la β-oxydation mitochondriale. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons utilisé le C. elegans et avons caractérisé l’orthologue de CHCHD10, har-1, dans plusieurs essais afin d’étudier son implication dans la SLA et la DFT. CHCHD10 code pour une protéine impliquée dans la maintenance de la morphologie mitochondriale et la phosphorylation oxydative. Des mutations dans ce gène ont récemment été liées à la SLA. Nous avons caractérisé deux allèles distincts : une délétion de 260 pb (gk3124) et une mutation ponctuelle (ad2155). Les mutants har-1(gk3124) et har-1(ad2155) développent une paralysie, une dégénérescence des neurones GABAergiques et une altération de la santé mitochondriale. Le pioglitazone et le 2,4-thiazolidinedione, deux composés régulant la santé mitochondriale, restaurent plusieurs phénotypes associés à la SLA chez les mutants har-1. De plus, L. rhamnosus HA-114 a également des effets similaires sur ces souches. Ces résultats semblent confirmer un lien entre le microbiome et la SLA et pourraient ouvrir la voie à de futures thérapies via la modulation de l’environnement intestinal. De plus, découvrir les mécanismes impliqués dans cette neuroprotection permettrait sans doute la découverte de nouveaux gènes et de biomolécules actives ayant la capacité de moduler la neurodégénérescence, ouvrant la voie à l’utilisation de nouveaux médicaments., Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is an incurable neurodegenerative disease sharing pathological pathways with frontotemporal dementia (FTD). It is characterized by the selective degeneration of lower and upper motor neurons in the spinal cord and cerebral cortex. Over the last 25 years, more than 20 genes have been associated with these diseases, including FUS, C9ORF72 and TARDBP. Despite over a century of medical investigation, the links between pathology, disease stage and cellular mechanisms are still unclear, but may be multifactorial involving unresolved gene-environment interactions. While ALS is primarily considered a central nervous system disease, emerging evidence suggests that peripheral signals, including those from the gastrointestinal tract and gut microbiota, may be involved in ALS progression. Over the last year, new evidence showed perturbations in microbiota (called dysbiosis), mitochondrial bioenergetics, and in lipid composition in ALS. However, there is a considerable lack of understanding of the effect of these perturbations in ALS pathogenesis. Interestingly, dysbiosis has also been linked to other neurological conditions like Alzheimer’s disease (AD) and Huntington’s disease (HD). Using the model organism Caenorhabditis elegans, we discovered a probiotic bacterial strain, Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114, with neuroprotective properties in models of ALS and HD. In the first part of this thesis, we demonstrated that neuroprotection from L. rhamnosus HA-114 is unique from other L. rhamnosus strains, and resides in its fatty acid content. Neuroprotection by L. rhamnosus HA-114 requires acdh-1/ACADSB, kat-1/ACAT1 and elo-6/ELOVL3/6, which are key fatty acid metabolism and mitochondrial β-oxidation genes. Moreover, L. rhamnosus HA-114 delayed disease onset and suppressed motor neuron degeneration in an aggressive mouse model of ALS. Our data suggest that disrupted lipid metabolism contributes to neurodegeneration and that dietary intervention with L. rhamnosus HA-114 restores lipid homeostasis and energy balance through mitochondrial β-oxidation. In the second part of this thesis, we used C. elegans and characterized the CHCHD10 orthologue har-1, in a number of behavioral assays, to learn more about the biological role of this gene and its implication in ALS-FTD pathogenesis. CHCHD10 is a widely expressed gene coding for a mitochondrial protein with a potential role in cristae morphology maintenance and/or oxidative phosphorylation with mutations recently associated with ALS. We characterized two distinct alleles: a deletion of 260 bp (gk3124) and a point mutation (ad2155). Both har-1 (gk3124) and har-1 (ad2155) worms display age-dependent motility defects leading to paralysis, degeneration of GABAergic neurons and altered mitochondrial health. The small molecules, pioglitazone and 2,4-thiazolidinedione, with known neuroprotective activity, and also shown to regulate mitochondrial health, suppressed several har-1 phenotypes. Moreover, dietary supplementation of L. rhamnosus HA-114 improved several ALS-related phenotypes in these har-1 mutants. These findings may confirm a link between microbiota and ALS and can lead to future therapies, through the modulation of the intestinal environment. L. rhamnosus HA-114 is suitable for human consumption opening the possibility of modifying disease progression by dietary intervention. Furthermore, uncovering the complete neuroprotection pathway may give us insights into new genes and bioactive molecules able to modulate neurodegeneration, thus opening the door to new therapeutic approaches.

Le microbiote intestinal a plusieurs rôles sur la santé humaine. Son développement est multifactoriel, mais sa composition reste plus ou moins stable tout au long de la vie. Il est impliqué dans des dérèglements tel que le syndrome de l’intestin irritable. Le SII est un trouble fonctionnel intestinal chronique dont il reste à élucider plusieurs questionnements mais surtout son origine. Ceci implique qu’un traitement efficace ne pourra ainsi être mis en place. Les probiotiques de par leurs multiples fonctions ont été étudiés et joueraient un rôle bénéfique dans le SII, tout comme les aliments fermentés. En effet, un aliment fermenté a subi l’action d’une bactérie (essentiellement des bactéries lactiques) qui entraîne la formation de métabolites (prébiotiques) très intéressants pour enrichir la population du microbiote intestinal.

Plus de 100 000 milliards de micro-organismes peuplent notre intestin et forment le microbiote. Divers facteurs, tels que nos habitudes de vie, l’alimentation, les prises d’antibiotiques, etc., peuvent modifier sa diversité : on parle alors de dysbiose. Le lien entre les maladies psychiatriques et le microbiote intestinal est de plus en plus étudié. La schizophrénie est une maladie mentale chronique invalidante pour les patients. Elle est vécue par ces derniers comme un réel handicap, car la prise en charge médicamenteuse n’est, dans la plupart des cas, pas suffisante, et 80 % d’entre eux n’arrivent pas à s’insérer en société. La composition du microbiote des patients schizophrènes semble être différente de celle des témoins. Cette dysbiose serait la cause d’une mauvaise perméabilité de la barrière intestinale, laissant passer des éléments microbiens, et créerait une inflammation chronique chez ces patients. De plus, chez les schizophrènes, la voie de la kynurénine serait suractivée et déséquilibrée, ce qui favoriserait la formation d’acide kynurénique, contribuant ainsi à l’hypofonction des récepteurs NMDA et aux déficits cognitifs. L’utilisation d’une greffe fécale de microbiote sain pourrait être une alternative thérapeutique, tout comme l’usage de pré- et probiotiques en complément du traitement conventionnel. D’autres études sont à réaliser sur un plus grand nombre de patients et sur des périodes plus longues. Mais l’étude de l’impact du microbiote sur notre cerveau est une voie prometteuse.

Toxic metals such as lead, cadmium, and to a lesser extent, aluminium are detrimental to health and represents a major public problem. They are health threatening whenever they are ingested by aliments or water or inhaled). Some bacteria are able to reduce the bioavailability of toxic metals by interacting with them. Intestinal and alimentary bacteria represent promising candidates for in vivo bioremediation approaches, some of these bacteria already have the “generally recognized status” status. During this thesis, we used inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) to investigate the ability of 225 bacteria strains to remove Pb(II), Cd(II), and Al(III). Intra- and interspecies comparisons were performed among the Firmicutes (mostly lactic acid bacteria, including Lactobacillus, some Lactococcus, Pediococcus and Carnobacterium), Actinobacteria, and Proteobacteria. The capacity to remove of a mixture of lead and cadmium was also investigated. Best candidates were first identified in vitro, and were challenged in vivo in a mouse model of heavy-metal exposition. A strong boosting effect of Tween 80 on the removal of lead by Propionibacterium was observed and further extended to other detergents. In line, we investigated this observation to better understand and visualize the underlying mechanisms, using variations in the chelation conditions and distinct microscopy approaches., Les éléments traces métalliques (ETM) comme le plomb, le cadmium, et dans une moindre mesure l’aluminium, sont toxiques et représentent un problème majeur de santé publique. Ils peuvent être dangereux pour la santé quelle que soit leur porte d’entrée dans l’organisme (i.e. ingestion via l’alimentation ou l’eau de boisson, inhalation). De nombreuses bactéries sont capables d’interagir avec ces ETM, pour en réduire la biodisponibilité. Les bactéries d’origine intestinale et/ou alimentaires sont des candidates particulièrement intéressantes pour la bioremédiation in vivo, étant pour la plupart inoffensives pour l’humain. Dans ce travail de thèse, nous avons évalué les capacités de fixation de 225 souches bactériennes vis-à-vis du Pb(II), Cd(II), et al(III), les dosages d’ETM ayant été réalisés par ICP-MS (Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometer). Des comparaisons intra- et inter-espèces ont été réalisés au sein du phylum des Firmicutes (principalement des bactéries lactiques, dont des Lactobacillus, quelques Lactococcus, Pediococcus et Carnobacterium), des Actinobacteria et des Proteobacteria. Des expériences de chélation sur des mélanges de plomb et de cadmium ont également été réalisées. Des bons candidats ont ainsi d’abord été identifiés in vitro, puis évalués in vivo chez la souris. Au cours de ce travail, un effet potentialisateur du pouvoir chélateur du Tween 80, étendu à d’autres détergents, a été mis en évidence chez les bactéries alimentaires du genre Propionibacterium pour la chélation du plomb. Des expérimentations complémentaires visant à mieux comprendre les mécanismes impliqués dans ce cas particulier ont été réalisées, dont des variations des conditions de chélation ainsi que des approches par microscopie électronique et à force atomique.

Toxic metals such as lead, cadmium, and to a lesser extent, aluminium are detrimental to health and represents a major public problem. They are health threatening whenever they are ingested by aliments or water or inhaled). Some bacteria are able to reduce the bioavailability of toxic metals by interacting with them. Intestinal and alimentary bacteria represent promising candidates for in vivo bioremediation approaches, some of these bacteria already have the “generally recognized status” status. During this thesis, we used inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) to investigate the ability of 225 bacteria strains to remove Pb(II), Cd(II), and Al(III). Intra- and interspecies comparisons were performed among the Firmicutes (mostly lactic acid bacteria, including Lactobacillus, some Lactococcus, Pediococcus and Carnobacterium), Actinobacteria, and Proteobacteria. The capacity to remove of a mixture of lead and cadmium was also investigated. Best candidates were first identified in vitro, and were challenged in vivo in a mouse model of heavy-metal exposition. A strong boosting effect of Tween 80 on the removal of lead by Propionibacterium was observed and further extended to other detergents. In line, we investigated this observation to better understand and visualize the underlying mechanisms, using variations in the chelation conditions and distinct microscopy approaches., Les éléments traces métalliques (ETM) comme le plomb, le cadmium, et dans une moindre mesure l’aluminium, sont toxiques et représentent un problème majeur de santé publique. Ils peuvent être dangereux pour la santé quelle que soit leur porte d’entrée dans l’organisme (i.e. ingestion via l’alimentation ou l’eau de boisson, inhalation). De nombreuses bactéries sont capables d’interagir avec ces ETM, pour en réduire la biodisponibilité. Les bactéries d’origine intestinale et/ou alimentaires sont des candidates particulièrement intéressantes pour la bioremédiation in vivo, étant pour la plupart inoffensives pour l’humain. Dans ce travail de thèse, nous avons évalué les capacités de fixation de 225 souches bactériennes vis-à-vis du Pb(II), Cd(II), et al(III), les dosages d’ETM ayant été réalisés par ICP-MS (Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometer). Des comparaisons intra- et inter-espèces ont été réalisés au sein du phylum des Firmicutes (principalement des bactéries lactiques, dont des Lactobacillus, quelques Lactococcus, Pediococcus et Carnobacterium), des Actinobacteria et des Proteobacteria. Des expériences de chélation sur des mélanges de plomb et de cadmium ont également été réalisées. Des bons candidats ont ainsi d’abord été identifiés in vitro, puis évalués in vivo chez la souris. Au cours de ce travail, un effet potentialisateur du pouvoir chélateur du Tween 80, étendu à d’autres détergents, a été mis en évidence chez les bactéries alimentaires du genre Propionibacterium pour la chélation du plomb. Des expérimentations complémentaires visant à mieux comprendre les mécanismes impliqués dans ce cas particulier ont été réalisées, dont des variations des conditions de chélation ainsi que des approches par microscopie électronique et à force atomique.

Les probiotiques sont des micro-organismes vivants, qui ingérés, exercent des effets positifs sur la santé. Si les allégations de santé ont été discutées depuis plus d’un siècle, le marché des probiotiques est en plein essor depuis 10 ans grâce à un besoin de naturalité des consommateurs. L’arrivée prochaine des médicaments microbiotiques annonce une révolution au sein de ce marché. Avec l’avancée des connaissances sur le microbiote, les professionnels du secteur s’interrogent actuellement sur les enjeux scientifiques, techniques, réglementaires et politiques de ce marché. L’objectif de ce travail est de proposer une analyse prospective du marché des probiotiques dans le domaine de la santé humaine. Dans un premier temps, nous avons dressé un état des connaissances de ce marché, recueilli les avis de professionnels du secteur, avant d’utiliser des outils d’analyse de stratégie marketing afin de proposer des recommandations aux différents acteurs du marché. Ce travail a permis de mettre en évidence les points forts de ce secteur comme l’innocuité reconnue des probiotiques sur les personnes saines, la possibilité de faire des thérapies personnalisées suivant les microbiotes des patients, la forte croissance et la faible concurrence au sein du marché des médicaments microbiotiques ainsi que le prix modéré des licences. Des points restent à améliorer sur ce secteur puisque certains types de probiotiques sont peu connus du grand public et des professionnels de santé, la réglementation nécessite encore des ajustements et les coûts de fabrication restent importants. Si les professionnels du secteur arrivent à résoudre ces problématiques, le marché des probiotiques devrait profiter d’une croissance importante ces prochaines années.

The human intestinal microbiota is composed of several types of microorganisms, including bacteria, archaea, fungi, unicellular eukaryotes and viruses. Among them, bacteria are the most diverse and abundant with a gene catalog 150 times larger than the genes present in the human genome, which represents a tremendous metabolic potential. These bacteria actively participate in the maintenance of intestinal homeostasis. Dysbiosis of the gut microbiota could be observed at course of many human pathologies, particularly inflammatory diseases intestinal chronic diseases (IBD), such as Crohn's disease (CD) or Ulcerative colitis (UC). These dysbiosis could contribute to the onset and progression of diseases. For example, gut microbiota transplantation experiments in murine model have allowed to show that a dysbiotic microbiota is sufficient to induce chronic inflammation in the colon and thus lead to the development of a metabolic syndrome or colitis. Different intervention strategies, including fecal transplantation, administration of probiotics or even special nutritional diets have been developed to act on the microbial communities of the digestive tract and to restore homeostasis of host tissues. The success of some interventions like Fecal transplantation represent a proof of concept in humans that acting on the composition of the intestinal microbiota is a strong lever to resolve certain physio pathological situations associated with gut microbiota dysbiosis. Diet is another important method for modulating the gut microbiota since it is the most important factor influencing its composition. In fact, the nutrients ingested can act directly on the composition of the microbiota by serving as substrates for microorganisms and indirectly by modulating intestinal homeostasis and components of the immune system associated, themselves contributing to regulate the composition microbiota. It is expected that ingestion of these beneficial microorga nisms can stimulate the immune system, promote intestinal homeostasis and to some extent contribute to the balance of the microbiota intestinal. The use of probiotic microorganisms is found to be very effective in some studies to treat different physiopathological situations (colitis, metabolic syndrome) in laboratory model organisms (rats, mice), however the use of these same probiotics in humans have given relatively disappointing clinical results, with poorly reproducible results across cohorts of patients. Except for the treatment of antibiotic-associated diarrhea. These discrepancies in results between pre-clinical models and clinical trials encourage better characterization of the molecular mechanisms used by probiotics to exert their beneficial effects and especially better understand the relationship of these probiotic microorganisms with the resident microbiota and diet.Among the different rising intervention strategies practiced nowadays in the purpose to shape the microbiota, a growing interest is given to other dietary interventions, like caloric restriction (CR) which has demonstrated several beneficial effects on various physiological systems, including the gastro-intestinal system, by modulating the innate and adaptative immune responses. In fact, emerging evidence suggests that the immune system function might be heavily influenced by the sensing of nutrient, reinforcing the idea that diet can deeply influence the inflammatory responses., Le microbiote intestinal humain est composé de plusieurs types de micro-organismes, notamment des bactéries, des archées, des champignons, des eucaryotes unicellulaires et des virus. Parmi elles, les bactéries sont les plus diverses et les plus abondantes avec un catalogue de gènes 150 fois plus grand que les gènes présents dans le génome humain, ce qui représente un énorme potentiel métabolique. Ces bactéries participent activement au maintien de l'homéostasie intestinale. La dysbiose du microbiote intestinal a pu être observée au cours de nombreuses pathologies humaines, en particulier les maladies inflammatoires les maladies chroniques intestinales (MICI), telles que la maladie de Crohn (MC) ou la colite ulcéreuse (CU). Ces dysbioses pourraient contribuer à l'apparition et à la progression des maladies. Par exemple, des expériences de transplantation de microbiote intestinal en modèle murin ont permis de montrer qu'un microbiote dysbiotique est suffisant pour induire une inflammation chronique du côlon et ainsi conduire au développement d'un syndrome métabolique ou colite. Différentes stratégies d'intervention, notamment la transplantation fécale, l'administration de probiotiques ou encore des régimes nutritionnels spéciaux ont été développées pour agir sur les communautés microbiennes du tube digestif et restaurer l'homéostasie des tissus de l'hôte. Le succès de quelques interventions comme la Transplantation Fécale représente une preuve de concept chez l'homme qu'agir sur la composition du microbiote intestinal est un levier fort pour résoudre certaines situations physiopathologiques associées à la dysbiose du microbiote intestinal. L'alimentation est une autre méthode importante pour moduler le microbiote intestinal car c'est le facteur le plus important qui influence sa composition. En effet, les nutriments ingérés peuvent agir directement sur la composition du microbiote en servant de substrats aux microorganismes et indirectement en modulant l'homéostasie intestinale et les composants du système immunitaire associés, contribuant eux-mêmes à réguler la composition du microbiote. On s'attend à ce que l'ingestion de ces micro-organismes bénéfiques puisse stimuler le système immunitaire, favoriser l'homéostasie intestinale et dans une certaine mesure contribuer à l'équilibre du microbiote intestinal. L'utilisation de microorganismes probiotiques s'avère très efficace dans certaines études pour traiter différentes situations physiopathologiques (colite, syndrome métabolique) chez des organismes modèles de laboratoire (rats, souris), cependant l'utilisation de ces mêmes probiotiques chez l'homme a donné des résultats relativement décevants avec des résultats peu reproductibles dans les cohortes de patients. Sauf pour le traitement de la diarrhée associée aux antibiotiques. Ces écarts de résultats entre modèles précliniques et essais cliniques favorisent une meilleure caractérisation des mécanismes moléculaires utilisés par les probiotiques pour exercer leurs effets bénéfiques et surtout mieux comprendre la relation de ces microorganismes probiotiques avec le microbiote et l'alimentation résidents. Parmi les différentes stratégies d'intervention montantes pratiquées de nos jours dans le but de façonner le microbiote, un intérêt croissant est porté à la restriction calorique (CR) qui a démontré plusieurs effets bénéfiques sur divers systèmes physiologiques, y compris le système gastro-intestinal, en modulant les réponses immunitaires innées et adaptatives. En fait, de nouvelles preuves suggèrent que la fonction du système immunitaire pourrait être fortement influencée par la détection de nutriments, renforçant l'idée que le régime alimentaire peut profondément influencer les réponses inflammatoires.

Par sa contribution à l'ensemble des grandes fonctions de l'organisme, le microbiote intestinal possède un rôle essentiel dans la physiologie et la pathologie de son hôte. Un microbiote est caractérisé par son répertoire de gènes exprimés et, plus important encore, par les métabolites qu'il sécrète. De nombreuses études ont déterminé la composition taxonomique du microbiote, mais peu en ont caractérisé les gènes actifs, les protéines ou les métabolites, ce qui pourrait être plus pertinent. En effet, la composition taxonomique du microbiote humain varie énormément d'un individu à l'autre, tandis que sa composition génétique ou sa capacité fonctionnelle est très conservée. La capacité fonctionnelle du microbiote est redondante et capitale pour maintenir sa stabilité et sa résilience. A la notion de redondance fonctionnelle est associée l'idée que, jusqu'à un certain point, les espèces sont substituables d'un microbiote à l'autre en termes de fonctionnalité. Il est donc majeur d'identifier les métabolites du microbiote intestinal et de déterminer leur effet sur l'hôte. Les travaux présentés dans cette thèse sont focalisés sur la caractérisation de métabolites lipidiques produits par les bactéries intestinales afin d'étudier les interactions entre le microbiote intestinal et son hôte. Pour notre premier projet, nous nous sommes intéressés à une souche d'Escherichia coli, E. coli Nissle 1917 (EcN), indiquée comme probiotique dans les phases de rémission de la rectocolite hémorragique. Nous avons quantifié une augmentation de la concentration d'un acide gras ß-hydroxylé, le C18-3OH, produit par EcN par rapport à des E. coli commensales ou pathogènes. Nous avons donc testé les propriétés anti-inflammatoires de ce lipide dans un modèle murin de colite induit par le DSS. Le C18-3OH diminuait la sévérité de l'inflammation en se liant au récepteur nucléaire PPARgamma. L'utilisation d'un prébiotique (fructo-oligosaccharide) ayant une activité anti-inflammatoire, nous a permis de démontrer qu'une autre bactérie du microbiote intestinal, Holdemanella biformis, était également capable de produire de grande quantité de C18-3OH. Le microbiote joue un rôle critique dans la maturation et le développement, notamment intestinal, de son hôte. Par exemple, chez la souris, une modification du microbiote, ou dysbiose, induite par des antibiotiques lors du sevrage augmente l'intensité de l'inflammation dans un modèle de colite. Le microbiote étant extrêmement sensible à son environnement, le stress, qu'il soit subit en prénatal, post natal ou à l'âge adulte, modifie sa composition. Néanmoins, le lien de causalité entre le stress prénatal, la dysbiose du microbiote intestinal et les troubles fonctionnels digestifs n'a jamais été établi. Dans un modèle murin de stress prénatal (SP), nous avons montré que la descendance adulte mâle et femelle développait une hypersensibilité viscérale associée à une dysbiose du microbiote intestinal et une absence d'inflammation macroscopique, trois caractéristiques du syndrome de l'intestin irritable. Comme l'abondance de Ligilactobacillus murinus/animalis était inversement corrélée à l'hypersensibilité viscérale, nous avons étudié les lipides produits par cette bactérie et identifié un lipopeptide, le C14AsnGABA. L'administration intra-colique de cette molécule restaurait une normo-sensibilité viscérale chez les souris SP. Ces deux projets nous ont permis d'identifier des lipides ayant des propriétés anti- inflammatoires ou analgésiques produits par des bactéries présentes dans le microbiote intestinal. Ces molécules pourraient jouer un rôle dans l'interaction entre le microbiote et son hôte.