Ces dernières années, d’importants progrès ont été réalisés au niveau des traitements contre le cancer. Cependant, la chimiothérapie reste le traitement de référence car la plupart des patients présentent un cancer avancé. Pour certains cancers, il a été démontré que le microbiote intestinal pouvait moduler l’efficacité et la toxicité de certaines chimiothérapies. Le pemetrexed, un agent chimiothérapeutique utilisé dans le cancer du poumon, peut induire des effets secondaires importants chez les patients. Cependant, son impact sur le microbiote reste inconnu. Le but de notre étude est d’évaluer l’impact du pemetrexed et de la tumeur sur la composition du microbiote dans des modèles PDX de cancer du poumon par métaséquençage ciblé 16S. Nous avons mis en évidence que le pemetrexed et la tumeur entrainaient d’importantes perturbations dans la composition du microbiote, traduites par une augmentation significative des Enterobacteriaceae et de 3 familles du phylum Firmicutes, et une diminution de Ruminococcaceae. De plus, une perturbation de l’intégrité de la barrière épithéliale associée à une inflammation précoce et une infiltration de leucocytes dans les muqueuses ont été observées. Par ailleurs, nous avons montré que l’effet du pemetrexed sur le microbiote était reproductible dans plusieurs modèles de PDX de poumon, et que la dysbiose était proportionnelle à l’efficacité de la chimiothérapie. Ce travail préliminaire nous permet de confirmer la relation entre microbiote et chimiothérapie. Il est essentiel d'accroître nos connaissances sur l'impact des chimiothérapies sur le microbiote afin de minimiser les effets secondaires, et d'améliorer l'efficacité des traitements. / In the field of lung cancer treatments, significant progresses have been realized during last decade, such as targeted therapies and immunotherapies. Nevertheless, chemotherapy remains the gold standard for advanced cancer. Pemetrexed, a chemotherapeutic agent used in NSCLC, can induce significant side effects on patients. However, the impact of pemetrexed on gut microbiota and gastrointestinal inflammation in PDX mice remains unknown, although the role of the microbiota in carcinogenesis and modulation of efficacy or toxicity of chemotherapy agents has been demonstrated. The aim of our study is to evaluate the impact of pemetrexed and tumor on gut microbiota composition by 16S rRNA metabarcoding in PDX models of lung cancer. Firstly, we have found that pemetrexed and tumor induced several modifications on microbiota composition, resulting in a significant increase of the relative abundance of Enterobacteriaceae and 3 families from the Firmicutes phylum, and a decrease of Ruminococcaceae. Secondly, a significant alteration of epithelial barrier integrity associated with early inflammation and infiltration of leukocytes into mucosal tissues was observed following treatment. Moreover, we have shown that pemetrexed effect on the microbiota was reproducible on several models of lung PDX models of lung carcinoma, and that dysbiosis was propositional to the effectiveness of chemotherapy. Although, this work is a preliminary approach, that confirms the relationship between microbiota and chemotherapy. It is essential to expand our knowledge about the chemotherapy impact on microbiota in order to minimize the side effects, avoid infection complications, and improve therapy efficiency.

The healthy intestinal mucosa is home to the largest population of macrophages in body. Like all tissue macrophages, intestinal macrophages play vital roles in maintaining tissue homeostasis by removing apoptotic cells and any other cellular debris. In addition they maintain the integrity of the epithelial barrier and support the differentiation and maintenance of regulatory T cells in the mucosa. By virtue of their high phagocytic and bactericidal activity, these macrophages are also vital members of the innate immune system and are strategically positioned adjacent to the epithelium so that they can capture and eliminate any invading organism(s). However unlike other tissue macrophages, those found in the normal gut have several functional adaptations, such as hyporesponsiveness to toll-like receptor (TLR) ligands, which allow them to function without provoking overt inflammation. Macrophages are also abundant during intestinal inflammation, where they show increased TLR responsiveness, pro- inflammatory cytokine and chemokine production and enhanced phagocytic ability. Under these conditions, macrophages perpetuate inflammation. It remains unclear whether these distinct roles in healthy and inflamed intestine roles are carried out by discrete populations of macrophages, or if the resident macrophages alter their behaviour and become pro-inflammatory. One of the main obstacles to gaining a better understanding of the immunobiology of intestinal macrophages during steady state and inflammatory conditions is discriminating them from other mononuclear phagocytes (MP) in the mucosa, such as dendritic cells (DC). At the time of starting my project, it was becoming clear that markers such as F4/80 and CD11c were insufficient for distinguishing between macrophages and DC when used in isolation. Therefore, the aims of this thesis were to first establish reliable multi-parameter flow cytometry staining protocols to allow precise phenotypic and functional characterisation of macrophages in the healthy and inflamed mouse colon, and secondly, to explore the origins of these macrophage populations to assess whether they were derived from distinct precursors, or whether a relationship existed between them. Lastly, I examined the potential mechanisms underlying the characteristic TLR hyporesponsiveness that intestinal macrophages exhibit, focusing on the role of the inhibitory CD200R1-CD200 axis. In Chapter 3, I first set out to characterise phenotypically the macrophage populations present in the steady state mouse colon using multi-parameter flow cytometry. These studies revealed that expression of the chemokine receptor CX3CR1 could be used to identify two main populations of myeloid cells, the bigger of which was a homogeneous population of CX3CR1highCD11b+ macrophages that dominated the resting mucosa. A smaller population of CD11b+ cells expressing intermediate levels of CX3CR1 (CX3CR1int) was also present in the steady state mucosa, but this was remarkably heterogeneous, with at least 4 subsets distinguishable on the basis of Ly6C, class II MHC, F4/80 and CD11c expression. These included F4/80+Ly6ChighMHCIIneg CD11cneg cells that were phenotypically indistinguishable from blood monocytes, F4/80+Ly6C+MHCII+CD11c+/neg cells and F4/80+Ly6CnegMHCII+CD11c+/int cells that were phenotypically and morphologically similar to CX3CR1high macrophages except for their lower level of CX3CR1. Finally there was a minor subset of F4/80negLy6Cneg MHCII+CD11chigh cells that expanded markedly in response to in vivo flt3L treatment and appeared to be genuine DC. CX3CR1neg cells were also found within the CD11b+ population in the healthy mucosa, most of which were Siglec F+ eosinophils, together with a few neutrophils. In the second half of Chapter 3, I examined how these populations changed during acute colitis induced by feeding dextran sodium sulphate (DSS). These experiments demonstrated that the CX3CR1int compartment expanded dramatically during acute inflammation, with preferential accumulation of the Ly6Chigh subsets and relative loss of the CX3CR1high population as colitis progressed. Together these studies suggested that CX3CR1high and CX3CR1int cells represent resident and pro-inflammatory macrophages respectively. I next set out to explore the in vivo origin of the CX3CR1int and CX3CR1high populations, to address whether they were derived from independent precursors as would be predicted by current theories of monocyte heterogeneity, or if a relationship existed between them. By using adoptive transfer of purified BM monocytes, the studies described in Chapter 4 show that 'inflammatory' Ly6Chigh, but not Ly6Clow 'resident' monocytes replenished the CX3CR1high resident macrophage population in the steady state mucosa. This appeared to involve local differentiation of Ly6Chigh monocytes through CX3CR1int intermediary stages, which was accompanied by the acquisition of class II MHC, loss of Ly6C and upregulation of F4/80 and CX3CR1. In vivo BrdU incorporation studies supported the idea that the majority of CX3CR1int cells in the resting intestine represented short-lived intermediaries on their way to becoming CX3CR1high macrophages. Together these studies suggested that rather than representing independent macrophage subsets, the CX3CR1int and CX3CR1high cells in the resting colonic mucosa comprise a differentiation continuum from Ly6Chigh monocytes to mature CX3CR1high macrophages. Analysis of BM chimeric mice confirmed that BM-derived monocytes were the source of the vast majority of colonic LP macrophages. These findings were supported by the fact that CCR2 KO mice, in whom Ly6Chigh monocyte egress from the BM is blocked, lack Ly6Chigh colonic monocytes and have markedly reduced numbers of mature colonic macrophages. In Chapter 4, I also explored whether factors present in the normal mucosa, such as colony stimulating factor (CSF)-1, TGFbeta and the chemokine CX3CL1, could direct monocytes to acquire the phenotype of mucosal macrophages. Although initial in vitro studies suggest that none of these were effective on their own, in vivo administration of recombinant CSF-1 appeared to promote in situ monocyte differentiation in the gut. Taken together, the results in this chapter highlight that the CX3CR1high macrophage population is maintained by Ly6Chigh blood monocytes and that their differentiation is controlled by local factors in the mucosa. In Chapter 5, I went on to investigate whether the phenotypically identifiable differentiation of mucosal macrophages was accompanied by alterations in their functional capacity. Intracellular cytokine staining, qRT-PCR and reporter gene expression revealed that as Ly6Chigh monocytes differentiate locally through the CX3CR1int stages into CX3CR1high macrophages, they progressively acquired the ability to produce IL10 and have reduced production of pro-inflammatory mediators. In addition, the maturation of monocytes was accompanied by an increased ability to phagocytose and kill bacteria. Their response to exogenous stimulation by TLR ligands also altered as differentiation proceeded, with the Ly6Chigh monocytes responding robustly to TLR2 and TLR4 ligation in a TNF-alpha dominated manner, whereas the CX3CR1high macrophages responded less vigorously and their TNF-alpha production was balanced by IL10. This pattern was retained during experimental colitis, where the CX3CR1int cells showed enhanced spontaneous TNF-alpha production, whereas IL10 remained the dominant product of CX3CR1high macrophages. Adoptive transfer experiments in Chapter 6 then showed that donor Ly6Chigh monocytes were recruited to the mucosa of colitic mice, but unlike in resting mice, they failed to acquire the CX3CR1high phenotype.

Μελετήσαμε την δράση της ακτινοβολίας στο εντερικό επιθήλιοκαι αν η χορήγηση αυξητικής ορμόνης και IGF-I μπορεί να αναστρέψει αυτήν την δράση.Συμπερασματικά η ακτινοβολία προκαλεί ατροφία και εξέλκωση του επιθηλίου και διαταραχή του εντερικού φραγμού μέσω επαγωγής της απόπτωσης των κυττάρων του εντερικού επιθηλίου και οδηγεί σε ατροφία, εξελκώσεις και διαταραχή της λειτουργικής ακεραιότητας του εντέρου ενώ η χορήγηση GH ή IGF-I αναστέλλει την απόπτωση των κυττάρων και διατηρεί την ακεραιότητα του εντερικού επιθηλίου. / We studied the effect of growth hormone (GH) and insulin-like growth factor-I (IGF-I) on intestinal mucosal integrity and bacterial translocalion after abdominal radiation in rats.We have shown that abdominal radiation causes intestinal epithelial cell damage mainly through the induction of apoptosis and the treatment with GH and IGF-I inhibits apoptosis of the cells and preserves the mucosal integrity and also reduce the bacterial translocation that follows intestinal radiation.

Η εντερική χλωρίδα θα μπορούσε να περιγραφεί ως ένα μικροβιακό όργανο, μείζονος σημασίας για την ομοιόσταση του οργανισμού, εξαιτίας της συμμετοχής του σε πολλαπλές και διαφορετικές λειτουργιές όπως η πέψη, η απορρόφηση των θρεπτικών συστατικών, η αποβολή των άχρηστων ουσιών και η φυσική ανοσία. Η σύστασή της έχει παρατηρηθεί ότι διαφέρει από άνθρωπο σε άνθρωπο. Ενώ οι κυριότεροι παράγοντες που διαμορφώνουν το τελικό μικροβιακό περιεχόμενο περιλαμβάνουν την ηλικία, το περιβάλλον, τις διαιτητικές συνήθειες, το γενετικό υπόβαθρο, την καταγωγή, την χρήση αντιβιοτικών, πρεβιοτικών ή προβιοτικών, την έκθεση σε ποικιλλία μικροβίων και τις χειρουργικές επεμβάσεις. Η ανθρώπινη εντερική χλωρίδα αποτελείται κατά κύριο λόγο από μόλις τέσσερα φύλα βακτηρίων, τα Bacteroidetes (23%), τα Firmicutes (64%), τα Actinobacteria (3%), και τα Proteobacteria (8%). Τα τελευταία χρόνια αρκετό είναι το ερευνητικό ενδιαφέρον στην μελέτη της σχέσης μεταξύ της σύνθεσης της εντερικής χλωρίδας και της παχυσαρκίας. Η έρευνα των πιθανών μηχανισμών αλληλεπίδρασης του μικροβιακού περιεχομένου και του ξενιστή εκτελείσεται τόσο με την χρήση πειραματοζώων όσο και σε ανθρώπινο επίπεδο. Έχει αποδειχθεί ότι σε παχύσαρκα άτομα υπάρχει χαμηλότερο ποσοστό Bacteroidetes και μεγαλύτερο Firmicutes, σε σύγκριση με άτομα κανονικού βάρους. Αν και έχουν επίσης διατυπωθεί αντίθετα αποτελέσματα. Οι διαιτητικές συνήθεις είναι ένας από τους κύριους παράγοντες που επηρεάζουν την σύσταση της εντερικής χλωρίδας. Παράλληλα, είναι γνωστό ότι το μοντέλο της οικογένειας και το γονεϊκό πρότυπο είναι καθοριστικής σημασίας στην διαμόρφωση διαιτητικών και διατροφικών επιλογών. Στην παρούσα μελέτη στόχος ήταν να ερευνήσουμε την επιρροή του οικογενειακού περιβάλλοντος, της μεσογειακής διατροφής και της παχυσαρκίας στην σύσταση της εντερικής χλωρίδας. Στην έρευνα συμμετείχαν 35 άτομα, από 12 οικογένειες, ηλικίας από 18 ετών έως και 77 ετών. Όλοι είναι μέλη οικογενειών που κατοικούν στην περιοχή της Πάτρας, και αφού πληροφορήθηκαν εκτενώς για τον σκοπό και την μεθεδολογιά της, συνένεσαν εθελοντικά. Μετρήθηκαν τα ανθρωπομετρικά χαρακτηριστικά κάθε εθελοντή, και υπολογίστηκε ο δείκτης μάζας σώματος (ΔΜΣ), καταγράφηκαν, μέσω ερωτηματολογίων, δημογραφικά, κοινωνικο-οικονομικά στοιχεία και οι διαιτητικές-διατροφικές τους συνήθειες. Ακόμα έγινε συλλογή κοπράνων, από όπου απομονώθηκε DNA και αναλύθηκε με την χρήση Real Time PCR. Μετά την στατιστική επεξεργασία, δεν επιβεβαιώθηκε η αρχική εκτίμηση για παρόμοια βακτηριακή κατανομή μεταξύ των μελών της κάθε οικογένειας και τελικά δεν σχετίστηκε στατιστικά σημαντικά η υιοθέτηση της Μεσογειακής διατροφής (MedDiet score) με την σύσταση της εντερικής χλωρίδας. / The intestinal flora is a microbial organ of major importance for the homeostasis of human organism, because of its participation in multiple and diverse functions such as digestion, absorption of nutrients, elimination of waste products and immunity. Gut flora is affected by various factors, such as the age, environment, dietary habits, host’s genotype, origin, using of antibiotics, prebiotics or probiotics, exposure to a variety of microbes and surgeries. Human intestinal flora consists primarily of four bacterial genders: the Bacteroidetes (23%), the Firmicutes (64%), the Actinobacteria (3%), and the Proteobacteria (8%). In the last years, many scientists study the correlation between the gut microbiota and obesity. Although, there are conflicting results, there is evidence that obese people have lower percentage of Bacteroides and higher percentage of Firmicutes, when compared with normal weight. It is known that dietary habits affect the composition of gut flora. Furthermore, it has also been proved that type of family and/or parenting model are crucial factors in shaping dietary and nutritional choices. The objective of this study was to investigate the correlation between the Mediterranean diet, obesity and family’s environment with gut microbiota. The survey involved 35 people, from 12 different families, aged from 18 years to 77 years. We measured anthropometric characteristics of each volunteer, calculated body mass index (BMI) and then demographic, socio-economic data and dietary-nutritional habits were recorded through questionnaires. We collected stool sample from every partitipant, DNA was isolated and analyzed using Real-Time PCR. Statistical analysis did not confirm the initial estimate for similar bacterial distribution among the members of each family, and eventually the adherence to Mediterranean Diet (MedDiet score) was not significally related with changes of the intestinal flora.

Bibliography: leaves 282-354 / 354 leaves : ill ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Physiology, 1986

Includes bibliography / 135 leaves, 7 leaves of plates : ill. (some col.) ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, 1986

Une alimentation HP permet une importante diminution de la prise alimentaire, chez l’Homme et l’animal, par rapport à une alimentation STD. Les précédents travaux du laboratoire montrent que le mécanisme d’action des protéines implique une induction de la PIG chez le rat en période post-absorptive. Ce glucose, libéré et détecté dans la veine porte, permet l’activation de noyaux hypothalamiques impliqués dans la régulation des sensations de satiété. L’objectif de ce travail consistait à mettre en évidence le type de peptides pouvant induire la PIG en régime HP et d’essayer de découvrir leur mécanisme d’action. L’activité de la Glc6Pase et de l’expression des protéines Glc6Pase et PEPCK ont été quantifiées chez des rats nourris en régime STD ou HP et perfusés avec des perfusions d’acides aminés, de peptides µ-opioïdes et des solutions de di- ou tri-peptides. Les résultats montrent que le même mécanisme d’action est utilisé par les protéines et les antagonistes µ-opioïdes pour induire la PIG. Des expériences de dénervation portale et une étude immunohistochimique ont démontré la présence de récepteurs µ-opioïdes dans la veine porte probablement impliqués dans cette induction. Des perfusions de di ou tri-peptides chez le rat ont démontré que la PIG était induite par tous les di ou tri-peptides testés. L’étude phénotypique de la souris KO µ-opioïde nourrie en régime STD, HP ou ayant subi des perfusions portales de di ou tri-peptides, ont confirmé que la PIG pouvait être induite par des di ou tri-peptides et que leur mécanisme d’action nécessitait la présence de récepteurs µ-opioïdes. Cette étude suggère que tous les di- ou tri-peptides produits par la dégradation des protéines pourraient induire la PIG par un mécanisme dépendant des récepteurs µ-opioïdes / Protein feeding promotes an important decrease of food intake in humans and animals, compared on chow diet. Previous data show that this mechanism implicates intestinal glucose production (IPG) induction in rat during the post-absorptive time. Glucose released and detected into the portal vein produces an activation of hypothalamic nuclei implicated in the regulation of satiety sensations. The aim of this study was to highlight peptides which could induce IPG on HP diet and try to discoverer them mechanism. Quantification of Glc6Pase and protein expression of Glc6Pase and PEPCK were assessed in rats fed on chow or HP diet and infused with amino acids, µ-opioïd peptides and di- or tri-peptides. Our results show that the same mechanism is shared by both proteins and µ-opioïd antagonists to induce IGP. Experiments of portal vein denervation and an immunochemistry study showed that µ-opioïd receptors are present in the portal vein, probably implicated in this induction. Di or tri-peptides infusions in rat exhibited that the IGP was induced by all tested di or tri-peptides. Phenotypic study of µ-opioid mice fed on chow, HP diet or having undergone portal vein infusions of di or tri-peptides, confirmed that IGP could be induced by di or tri-peptides and their mechanism takes place with µ-opioïd receptors. This study suggests that all di or tri-peptide produced by protein degradation could induce IGP by a µ-opioïd receptor-dependent mechanism

Au cours des dernières décennies, le régime alimentaire a subi une transition sans précédent, avec une augmentation de la consommation de protéines, de lipides et de glucides simples, et la diminution des apports en fibres. Par ailleurs, au-delà de la composition, la structure des aliments joue un rôle essentiel sur les cinétiques de digestibilité et la biodisponibilité des nutriments, modulant ainsi leur accessibilité pour microbiote dans le côlon. L’impact de la structure d’une matrice alimentaire complexe, formée de protéines et de lipides, sur le microbiote a été analysé de façon intégrée et a montré in vivo que la structure seule, dans le contexte d’un régime équilibré, pouvait altérer la composition du microbiote dans les zones distales et proximales que sont l’iléon et le cæcum. L’émulsion de protéines natives en phase liquide continue avec de fines gouttelettes protéolipidiques a arboré des protéines moins digestibles que l’émulsion de protéines dénaturées, en phase gélifiée, solide, avec de grandes gouttelettes. D’autre part, les lipides de l’émulsion solide étaient, à l’inverse, moins digestibles. Les protéines non digérées de l’émulsion liquide ont favorisé in vivo, les communautés de Lactobacillus et de Copprococcus tout en activant plus fortement les métabolismes de protéolyse. Inversement, les communautés de Bifidobacterium et d’Akkermansia muciniphila ont vu leurs abondances augmenter chez les rats consommant l’émulsion solide. Le deuxième objectif de ce travail de thèse a alors été d'analyser la capacité d'espèces prévalentes du microbiote intestinal humain à métaboliser des protéines non digérées. Nous avons montré, par le suivi des cinétiques de croissance et des productions de métabolites spécifiques, que les protéines du lait étaient une source d'énergie pour B. caccae, P. distasonis, B. longum et B. cocccoides en milieu pauvre ainsi qu'en milieu riche. Dans ces mêmes conditions, le transcriptome de B. caccae a montré la sur-expression de gènes codant pour des peptidases de specifités différentes, pour la production d'indoles, de GABA et de fimbriae. Ces travaux apportent des informations nouvelles sur l'impact de la structure sur l'écosystème digestif, et ouvre des portes pour le développement de nouveaux aliments. / Over the past decades, diet in developed countries has undergone an unprecedented transition, with increased intakes of protein, fat and high glycemic index carbohydrates. The first goal of this PhD work was to investigate how, beyond its composition, the food structure itself could play a part in nutrient digestibility and bioavailability, and consequently modulate the microbiota. We showed in vivo that the structure of proteino-lipidic emulsions modulated peptides transporters, and protein fermentation. The native proteins emulsion in a continuous liquid phase, with fine proteolipid droplets, was less digestible and led to more protein fermentation. It modified the gut microbiota composition in the distal and proximal intestinal sections and increased Lactobacillus and Coprococcus communities. A second in vivo study, using 15N labelled emulsions allowed us to disentangle the digestibility from the transit time effect. The second objective of the PhD was to characterize the capacity of prevalent human gut bacterial species to use undigested proteins as energy source. By monitoring growth kinetics and the production of specific metabolites, we showed that B. caccae, P. distasonis, B. longum et B. cocccoides could use whey protein as energy source. In addition we measured in B. caccae transcriptome, the over-expression of genes encoding for distinct peptidases, but also of GABA and indole pathways, and fimbriae biosynthesis. These data provide new insights on the relationships between food structure and the digestive ecosystem and could lead to the design of new functional food.

Ce travail de thèse a pour but de modéliser la capacité de dégradation des polysaccharides non digestibles par le microbiote intestinal humain. Nous exploitons pour cela des données métagénomiques. Il s'agit de données d'abondances de séquences de nucléotides dans 1408 échantillons dont les fonctions métaboliques sont assignées par annotation contre une base de données. Les séquences sont annotées par des marqueurs fonctionnels. Après une étape de sélection manuelle de 86 marqueurs fonctionnels pertinents à l'activité de métabolisation des polysaccharides, nous étudions leurs variations d'abondances parmi les échantillons métagénomiques.Nous proposons une approche de modélisation écologique du microbiote intestinal humain et considérons principalement la sélection fonctionnelle intense de cet écosystème pour faire l'hypothèse que des regroupements identiques de fonctions métaboliques sont présents en proportions différentes dans tous les microbiotes intestinaux humains. Nous proposons le terme d'assemblage fonctionnel qui rend compte de la co-occurrence spatiale et temporelle d'un groupement de fonctions. Ces assemblages sont en pratiques déterminés par leur composition en marqueurs fonctionnels, et peuvent s'interpréter comme une combinaison de traits fonctionnels agrégés au niveau des microorganismes composant l'assemblage.Les assemblages fonctionnels sont inférés par le biais d'une factorisation en matrice positive aussi nommée NMF de l'anglais Non-Negative Matrix Factorisation. Cette méthode permet de déterminer les assemblages fonctionnels, à la fois concernant leur composition et à la fois concernant leur abondance dans chacun des 1408 échantillons. Nous exploitons par ailleurs une information métabolique provenant de 190 génomes microbiens et de la bibliographie qui permet de préciser la composition de ces assemblages fonctionnels. Cette information se traduit sous forme d'une contrainte.Nous trouvons 4 assemblages en considérant un consensus entre différents critères. L'utilisation de l'information métabolique nous permet d'interpréter biologiquement ces assemblages. Les métadonnées associées aux 1408 échantillons nous permettent d'observer un comportement différent pour les échantillons provenant d'individus atteints de la maladie de Crohn. Nous validons cette observation sur des données extérieures.Nous avons proposé une approche réductionniste permettant de représenter un processus métabolique important à l'échelle du microbiote. Nous trouvons un nombre réduit de 4 assemblages fonctionnels qui sont biologiquement vraisemblables et permettent de bien approcher les 1408 échantillons métagénomiques. / The purpose of this work of thesis is to model the capacity of degradation of non-digestible polysaccharides by the human intestinal microbiote. To this end we exploit metagenomic data. We use abundances of nucleotide sequences in 1408 samples whose metabolic function are assigned by annotation against a database. The sequences are annotated with functional markers. Upon manual selection of 86 functional markers relevant to the activity of metabolisation of polysaccharides, we their abundances variation among the metagenomic samples are studied.We propose an ecological approach in modeling the human intestinal microbiote. We consider the intense functional selection of this ecosystem and assume that identical cluster of metabolic functions can be found in different proportions in every human gut microbiota. We propose the term of functional assembly as to account for spacial and temporal co-occurence of functional cluster. In practice, theses assemblies are determined by their composition and can be interpreted as combinations of functional traits aggregated at the levels of the cluster of microorganisms composing each assembly. Functional assemblies are inferred by the means of Non-Negative Matrix Factorization (NMF). This method allows to determine the composition of functional assemblies and their abundance in each of the 1408 metagenomic sample.Furthermore, we exploit metabolic information from bibliographic resources and 190 microbial genomes in order to specify the composition of these functional assemblies. This information is translated in the form of a constraint.We find 4 assemblies by considering a consensus between various criteria. The use of metabolic information allow to interpret theses assemblies biologically. By exploiting the metadata of the 1408 samples, we observe a different behaviour for the samples coming from individuals suffering from Crohn disease. We validate this observation on external data.We proposed a reductionistic approach allowing to represent an important metabolic process at the level of the microbiota. We find a small number of 4 functional assemblies which are biologically likely and approach well the 1408 metagenomic samples.

Dans l'alimentation des pays industrialisés, l'apport en protéines est bien supérieur à l'apport nutritionnel conseillé (ANC). De plus, cet apport peut être encore supérieur lors de la consommation de régimes riches en protéines utilisés à des fins de perte de poids par des personnes obèses ou en surpoids. Cependant, les conséquences des régimes riches en protéines au niveau de l'écosystème du gros intestin sont encore très mal connues. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié l'impact d'un régime hyperprotéique sur le microbiote, le contenu endoluminal du gros intestin et le métabolisme des colonocytes. Les rats ont consommé pendant 15 jours soit un régime hyperprotéique (53% de protéines) soit un régime normoprotéique (14% de protéines). Nous avons observé que le régime hyperprotéique réduit la quantité des groupes bactériens majeurs comme Clostridium coccoides et Clostridium leptum, ainsi que Faecalibacterium prausnitzii dans le microbiote du gros intestin avec conjointement des modifications sur sa biodiversité. En même temps, les quantités des produits finaux de la fermentation des acides aminés par le microbiote, les acides gras à chaîne courte (AGCC) et les acides gras à chaîne branchée sont fortement augmentées. Cependant, l'expression des transporteurs des acides monocarboxyliques et l'oxydation du butyrate par les colonocytes ne sont pas modifiés en lien avec des modifications mineures des concentrations en AGCC dues à une augmentation des contenus du gros intestin après l'ingestion du régime hyperprotéique. Il en résulte une augmentation de l'excrétion des AGCC dans les fèces. Ces phénomènes permettraient une homéostasie du métabolisme du butyrate dans les colonocytes, en lien avec le rôle crucial de cet AGCC sur l'épithélium du côlon. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons testé l'effet d'un mélange d'acides aminés (Thr, Met et Glu) sur la cicatrisation de la muqueuse colique après une colite induite par le DSS (dextran sodium sulfate) ; un modèle d'étude des maladies inflammatoires intestinales souvent utilisé. Une optimisation de la cicatrisation de la muqueuse intestinale émerge comme une cible thérapeutique, dans la prise en charge de ces maladies. La colite a été induite chez le rat avec 5% (w/v) de DSS pendant 6 jours, puis, à l'arrêt du traitement DSS, les animaux ont soit reçu le mélange d'acides aminé soit l'Ala comme témoin iso-azoté, pendant 3, 7 et 10 jours. Nous avons observé que 10 jours de complément en mélange d'acides aminés améliorent la cicatrisation post-colite, avec des modifications sur le taux de synthèse protéique dans la muqueuse colique, sans toutefois modifier la résolution de l'inflammation. Nos résultats suggèrent que l'utilisation des mélanges d'acides aminés améliore la cicatrisation de la muqueuse colique après colite chimio-induite. / In industrialized countries, protein intake is largely higher than the recommended dietary allowance (RDA). Furthermore, high protein diets are used for their slimming effect by obese or overweight people. However, little is known regarding to the consequences of a high protein diet on the large intestinal ecosystem. We thus study the influence of a high protein diet on the microbiota, on the endoluminal composition of the large intestine and on the butyrate metabolism by isolated colonocytes. Rats received during 15 days either a high protein diet (53% of proteins) or a normo protein diet (14% of proteins). We observed that the quantity of major bacterial groups Clostridium coccoides and Clostridium leptum, but also Faecalibacterium prausnitzii was reduced in the microbiota of the large intestine together with modifications of its biodiversity. In the same time, the quantities of short-chain fatty acids (SCFA) and branched-chain fatty acids, final products of bacterial fermentation of amino acids, were increased. However, the expression of monocarboxylic acid transporters and butyrate oxidation in colonocytes remained unchanged, in association with minor changes of the SCFA concentrations due to marked increase of the weight of the large intestine content. We then observed an increase in the amount of SCFA in the feces. These phenomena would allow homeostatic metabolism of butyrate in colonocytes, in relationship with its crucial role on the colonic epitheliumIn. In the second part of this thesis, we have tested the effects of a mixture of amino acids (Thr, Met and Glu) on the colonic mucosa healing after colitis induced by DSS (dextran sodium sulphate); a model to study intestinal inflammatory bowel diseases largely used. Optimization of intestinal mucosa healing is more and more considered as a therapeutic goal. Colitis was induced in rats by 5% (w/v) DSS during 6 days, then at the end of the treatment with DSS, animals received either the amino acid mixture or Ala as iso-nitrogenous control, during 3, 7 or 10 days. We observed that 10 days amino acid mixture supplementation was able to improve the colonic mucosal healing, with modification of the protein synthesis rate, without however changes in the resolution of inflammation. Our results suggest that the supplementation with the amino acid mixture improve the mucosal healing after experimental colitis.