Thèse de doctorat--Sciences naturelles--Faculté des sciences de Paris, 1903. N°: 1114. / Notes bibliogr.

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine vétérinaire : Toulouse 3 : 2007. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p. 83-88.

Dans le cadre de l'évaluation de la qualité des écosystèmes aquatiques, les réponses en lien avec l'énergie semblent particulièrement pertinentes pour appréhender l'état physiologique des êtres vivants et prévoir des effets populationnels. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail a été de proposer un biomarqueur de l'assimilation de l'énergie chez un amphipode d'eau douce Gammarus fossarum. La caractérisation des activités enzymatiques digestives (amylase, cellulase et trypsine) et des réserves énergétiques (glycogène, lipides et protéines) soumises à l'influence de divers facteurs biotiques et abiotiques (sexe, stade reproducteur, température, conductivité et quantité de nourriture) a permis d'identifier l'amplitude des réponses étudiées afin d'améliorer l'interprétation des réponses obtenues en milieu naturel. Ces résultats ont également validé l'utilisation d'organismes mâles standardisés et nourris ad libitum dans le cadre d'approche active. D'autre part, la pertinence écologique des enzymes digestives en tant que biomarqueur a été évaluée en étudiant le lien existant entre une perturbation des réponses enzymatiques digestives au niveau sub-individuel et ses conséquences au niveau individuel sur le succès reproducteur des gammares. Par ailleurs, dans le cadre de deux campagnes de terrain, les mesures des activités enzymatiques digestives réalisées chez les organismes transplantés ont permis de discriminer les sites en fonction de leur qualité chimique et de proposer pour chaque marqueur une valeur référence et seuil traduisant un effet. Ainsi les activités enzymatiques digestives peuvent être utilisées comme outil pour établir un diagnostic de risque environnemental. / For the assessment of the aquatic ecosystems health, responses related to energy metabolism seem particularly relevant to understanding the physiological state of living organisms and provide population- effects. In this context, the objective of this work was to propose a biomarker of energy assimilation in a freshwater amphipod Gammarus fossarum. The characterization of digestive enzymes activities ( amylase , cellulase and trypsin) and energy reserves (glycogen , lipids and proteins) submited to the influence of various biotic and abiotic factors (sex, reproductive stage , temperature, conductivity and amount of food ) determine the range of responses studied to improve the interpretation of data obtained in the field. These results can also validate the use of standardized male fed ad libitum in caging approach. On the other hand, the ecological relevance of digestive enzymes was assess, the link between digestive enzyme impairments at sub -individual level and its consequences on the fitness of the gammarid population at individual level was established. Furthermore, in the context of two field campaigns, measures of digestive enzyme activities in organisms transplanted allowed to discriminate sites according to their chemical quality and to propose for each marker a benchmarck and a threshold value reflecting an effect. Thus, digestive enzyme activities can be used as diagnostic tool for environmental risk assessment.

L’ostéoporose touche principalement les femmes après la ménopause, c’est une maladie caractérisée par une détérioration de la minéralisation et de la micro-architecture de l’os. L’objectif du travail de thèse présenté ici est d’identifier une fraction protéique laitière ayant un effet stimulant sur la formation osseuse. Une telle fraction, ajoutée dans un produit ou un complément alimentaire, pourrait contribuer à réduire la perte osseuse. La première étape du projet consiste à produire les fractions laitières. Des protéines laitières (caséine ou protéines sériques) ont été digérées par des enzymes puis filtrées pour les fractionner selon leur poids moléculaire. Les fractions obtenues ont ensuite été testées sur des cultures primaires de cellules osseuses. Certaines fractions protéiques laitières ont augmenté la prolifération et la différenciation des ostéoblastes. Parmi ces fractions actives, la fraction correspondant au rétentat d’une filtration sur un filtre à 10kDa d’un hydrolysat de caséine par de la chymotrypsine a été sélectionnée pour être testée sur animaux. Cette fraction a été nommée fraction CR10. Pour étudier l’activité du CR10 in vivo sur le métabolisme osseux, un modèle de souris sous restriction protéique est mis au point. Nos études démontrent que, lorsque le régime est basé sur des protéines de soja, le passage d’un régime contenant 20% de protéines à un régime contenant 6% de protéines induit une réduction de la formation osseuse. Le traitement des souris sous restriction protéique avec du CR10 n’a eu aucun effet, ce qui signifie que le CR10 n’arrive pas à exercer son activité anabolique in vivo. En revanche, si de la caséine est donnée à la place du soja ou si de la PTH est injectée aux souris, la formation osseuse est augmentée. Ces résultats suggèrent que la fraction CR10 n’est pas un bon candidat comme fraction anabolique. En revanche, l’effet positif de la caséine par rapport au soja pourrait être exploité lors de futures études visant à mettre au point une fraction caséique ostéoanabolique. / Osteoporosis is a disease mainly affecting women after menopause, characterized by a reduced bone mineralization and a deterioration of bone micro-architecture. The aim of this thesis is to identify a milk protein fraction able to stimulate bone formation. When added to a food product, this fraction could reduce bone loss. The first task of this project was to produce the milk protein fractions. Milk proteins (casein or whey proteins) were digested by enzymes and fractionated by filtration according to their molecular weight. The fractions obtained were then tested on primary cultures of bone cells. Some of the milk protein fractions tested were able to increase proliferation and differentiation of osteoblasts. Among these active fractions, the one obtained by digestion of casein by chymotrypsin followed by filtration through a 10 kDa filter have been selected to be tested on animals. This fraction is named CR10. To study the activity of CR10 in vivo, a protein-restricted mouse model has been developed. Our studies showed that a reduction of protein in the diet from 20% to 6% impaired bone formation when the diet was based on soy protein. When these protein-restricted mice ingested the CR10 fraction, no improvement of the BMD was reported, which means that the CR10 cannot exert its anabolic activity in vivo. However, if casein is given instead of soy or if PTH is injected to the mice, bone formation is increased. These results suggest that the CR10 is not a good candidate as an anabolic fraction. However, the positive effect of casein compared to soy could be exploited in future studies aimed at finding an osteoanabolic casein fraction.

Résumé confidentiel / Not available

Le microbiote intestinal est un écosystème complexe jouant un rôle très important dans la santé humaine. L’établissement du microbiote intestinal s’effectue dans la première année de vie. Afin de stimuler chez les enfants nourris avec des préparations infantiles les bifidobactéries et lactobacilles, les laits infantiles pourraient être supplémentés avec des probiotiques ou des prébiotiques. Cette supplémentation pourrait leur apporter une protection renforcée contre les troubles intestinaux, les infections et les risques allergiques. Les études in vivo chez les enfants étant difficiles à réaliser à cause de problèmes d’accessibilité et d’éthique, des outils permettant de faire des études in vitro ont été développés. Les systèmes de fermentation continu sont ceux qui se rapprochent le plus des conditions in vivo. Différents modèles ont été proposés, tous utilisent des bactéries fécales libres alors que la microflore bactérienne est présente à l’état planctonique et sessile dans le côlon. Peu de modèles in vitro ont été proposés pour simuler l’écosystème colique chez l’enfant. Le but de cette étude était donc de développer un nouveau modèle de fermentation colique avec cellules immobilisées pour simuler l’écosystème intestinal chez l’enfant. Nous avons montré qu’une microflore fécale pouvait être immobilisée et que sa diversité bactérienne était conservée au cours de la fermentation en continu. La composition et l’activité métabolique de la microflore bactérienne s’équilibraient en fonction des conditions de fermentation à des niveaux voisins de ceux observés in vivo chez l’enfant. Ensuite un modèle de fermentation en continu à trois réacteurs pour simuler le côlon proximal, distal et transverse chez l’enfant a été développé et validé. Ce nouveau modèle a ensuite permis de comparer les effets d’un prébiotique connu (fructooligosaccharide) et d’un exopolysaccharide produit par L. rhamnosus RW-9595M sur l’écosystème intestinal chez l’enfant. Le fructooligosaccharide testé influençait favorablement l’écosystème intestinal alors que l’exopolysaccharide n’était pas métabolisé par le microbiote intestinal chez les enfants. Ce nouveau modèle avec cellules immobilisées possède l’avantage d’obtenir une grande stabilité à la fois de la composition bactérienne et de l’activité métabolique de la microflore, faisant de ce nouveau modèle de fermentation colique un outil de travail pratique, fiable et facile à opérer. / The intestinal microbiota is a complex ecosystem playing a key role in human health. The intestinal microbiota establishment occurred during the first year of life. To stimulate bifidobacteria and lactobacilli in formula fed infants, infant formula could be supplemented with probiotics or prebiotics, food ingredient able to improve human health. This supplementation could provide to them a better protection against gastro-intestinal disorders, infections and allergic risks. In vivo studies are difficult to carry out in infants due to accessibility and ethic problems, then in vitro studies become important. Continuous fermentation systems display the closest conditions to those encountered in vivo. Different fermentation systems have been proposed, all are using free-cell cultures whereas in vivo bacteria are present in colon at planktonic and sessile states. To our knowledge only one in vitro model has been proposed to simulate infant colonic fermentation. The aim of this study was to develop a new in vitro system with immobilized cells to simulate infant colonic ecosystem. First a feasibility study was done, we showed that a complex fecal microflora could be immobilized and the inoculum bacterial diversity was conserved in the ecosystem established in the fermentation system. The bacterial composition and metabolic activities of the microbiota reached an equilibrium specific to the fermentation conditions tested. These equilibriums were closed to those detected in vivo in infant colon. Then a three-stage chemostat using immobilized fecal bacteria was developed and validate to simulate simultaneously, proximal, transverse and distal infant colon conditions. This last in vitro colonic fermentation model was used to compared the effect of a well-known prebiotic (fructooligosaccharide) with an exopolysaccharide produced by L. rhamnosus RW-9595M on the infant colonic microbiota. The fructooligosaccharide used beneficially influenced the bacterial ecosystem whereas exopolysaccharide substrate did not seem to be metabolized by infant colonic microbiota. The main advantage of this system with immobilized cells is the great stability of the bacterial composition and metabolic activities of the microflora established in the model. For this, the in vitro colonic fermentation system with immobilized cells is a very efficient tool, easy to operate and reliable.

La pression sur les quotas de pêche et l’augmentation de la production aquacole ont contribué à une substitution importante des farines et des huiles de poisson incorporées dans les aliments pour poissons carnivores, par des farines et des huiles végétales. La truite arc-en-ciel, qui est un poisson carnivore, est affectée par ce changement de régime. Ainsi un retard de croissance apparaît dès le plus jeune stade si certaines transformations et supplémentations ne sont pas apportées aux végétaux. L’objectif de ce travail a été d’évaluer, aux stades alevins et juvéniles, l’impact d’une substitution totale des huiles et farines de poisson sur le tractus digestif de la truite arc-en-ciel, et plus particulièrement sur ses capacités digestives et sur la composition de son microbiote intestinal. Le but in fine étant de déterminer si certaines enzymes de la digestion, transporteurs intestinaux, ou sous-communautés bactériennes sont impactés par le changement de régime et peuvent expliquer le retard de croissance observé. Chacun de ces facteurs ont été étudiés via une approche de métagénomique par séquençage de nouvelle génération NGS pour la caractérisation du microbiote, et via de la PCR quantitative et des mesures d’activités enzymatiques pour la comparaison des capacités digestives. Des lignées isogéniques de truites, identifiées comme divergentes dans leur réponse à l’alimentation végétale (capables d’adaptation ou réfractaires) ont permis de disposer d’un matériel biologique pertinent pour répondre à cette question. Une modification du microbiote intestinal associé à la muqueuse digestive pourrait également contribuer à la baisse de l’homéostasie intestinale. Le changement de régime conduit en effet à une équitabilité plus faible chez les truites ayant reçue un aliment végétal, ce qui reflète un changement dans la représentativité de certains OTUs. Ce changement de régime s’est également traduit par des communautés dissimilaires en moyenne à 70 %, d’après l’estimation de la β-diversité entre les communautés de truites nourries avec l’aliment marin et celles nourries avec l’aliment végétal. La sélection opérée par l’aliment a conduit à un remplacement des OTUs rencontrés au sein des Firmicutes, c’est-à-dire que différentes espèces bactériennes de Firmicutes sont rencontrées suivant le régime considéré. La comparaison de communautés bactériennes entre les différentes lignées isogéniques a montré que la sélection opérée par le génotype de l’hôte a davantage eu lieu sur le remplacement des β-Protéobactéries. Enfin, les comparaisons d’abondances en certaines espèces bactériennes particulières suggèrent que les bactéries Cetobacterium somerae, capables de synthétiser de la vitamine B12, et Shewanella, dont l’implication dans la stimulation des cellules β du pancréas endocrine a déjà été observée chez d’autres espèces, pourraient être impliquées dans la réponse métabolique des truites aux végétaux. Les modifications identifiées dans ce travail constituent des indicateurs biologiques qui pourront être mis à profit pour évaluer la réponse du tractus digestif des truites à de nouvelles formules alimentaires. / Over-fishing pressure and increasing aquaculture production led to an important substitution of fish oil and fish meal with oil and meal from plant origin in feed meant for farming fish. However this replacement has some deleterious incidence on fish. For rainbow trout, which are carnivorous fish, some growth delay often appears from the early life stages when they are fed with plant based diet. The aim of this work was to assess, at alevin and juvenile stages, the impact of a total replacement of fish meal and oil on rainbow trout gastrointestinal tract, and more particularly on the digestive capacity and the associate microbiota. The objective, in fine, being to determine if some digestive enzymes, intestinal transporters, or bacterial communities are impacted by the dietary replacement and if these biological factors can be related to the observed growth delay. Metagenomic approach using next generation sequencing was used to characterize the gut bacterial communities, while digestive capacity was assessed through quantitative PCR and enzymatic measurements in order to compare rainbow trout responses to a plant-based diet. In our investigations, rainbow trout isogenic lines that diverge in their response to this alternative diet (tolerant or rather reluctant) were adopted because they constitute a pertinent biological material for answering this question.In alevin rainbow trout, a plant-based diet led to an increase of pepsinogen, trypsinogen, and chymotrypsinogen genes which codes for proteolitic enzymes. Two main assumptions can explain this response, and their effectivness remains to investigate: wether this is a physiological response due to a lower weight of trout fed with the plant-based diet, or so it is due to an increase transcritpion of pancreatic enzymes to compensate for a reduction of protein digestibility. In the intestine, it appears that an increase transcription of IAP, SGLT1, CCK-t, and PEPT1 genes, and a decrease transcription of GLUT2 gene under a plant-based diet could reflect a disability to grow under a vegetable diet.In juvenile rainbow trout, a plant-based diet led to a decrease of lipid digestibility, and of triglycerides and total amino acid plasmatic levels. These perturbations could be explained in part by a decrease of the phosphatase alkaline activity, which suggest perturbancesof intestinal homeostasis, and by a decrease of phospholipase A2 activity. Transcriptional decrease of the triglycerides transporter MTP and of the prolidase, which is a peptidase from intestinal cell cytosol, has also been observed. Some modification of the microbiota associated to the intestinal mucosa could also contribute to the decrease of the intestinal homeostasis. The dietary replacement effectively led to reduce evenness of the bacterial communities in trout fed with a plant-based diet, which reflected a shift in the representativeness of some OTUs. Bacterial community from trout fed with a marine diet and trout fed with a plant-based diet were on average 70 % dissimilar. Dietary substitution led to the replacement of OTUs from the Firmicutes class, different bacterial species being observed according to the considered diet. The comparison of bacterial community between the isogenic lines showed that the genotype led to the replacement of β-Proteobacteria. Finally, abundance comparison suggested that Cetobacterium somerae, which is able to synthesise vitamin B12, and Shewanella, which has already been reported to stimulate pancreatic β cells, could be implicated in the trout response to vegetable.Modifications observed in this work constitute biological indicator that could be used to assess the response of the digestive tract to future feed formulations.

Les Attines ou fourmis champignonnistes sont d'importants ravageurs des cultures du monde néotropical. L'indispensable effet retard, à conférer aux insecticides chimiques ou biologiques pour une lutte efficace pourrait être obtenu par une encapsulation dans une enveloppe digestible par les sécrétions des fourmis. Quelques aspects de la physiologie digestive d'une Attine, Acromyrmex octospinosus (Reich), ont été étudiés dans ce but. 1- L'étude morphologique du tube buccal et l'observation de la prise de nourriture ont permis de localiser, de décrire et de comprendre le mécanisme du filtre infrabuccal. La poche infrabuccale, remplie pendant l'alimentation et lors des différents comportements de nettoyage, se vide en moyenne une fois par jour en raison de la gêne causée par sa distension. Cette fréquence ne permet pas à la microflore de digérer les déchets organiques, mais peut être suffisante pour certaines hydrolyses salivaires. 2- Après une étude anatomique du tractus digestif des adultes et des larves, les enzymes digestives des sécrétions stomacales et glandulaires sont mises en évidence par une microméthode semi-quantitative. Les glandes labiales des adultes possèdent une activité béta-N-acétylglucosaminidasique et alpha-1-4-glucosadique. En plus de cette dernière, l'estomac sécrète des exopeptidases et lipases. Les autres glandes reliées au tractus alimentaire ne produisent pas d'enzymes digestives. Aucune endopeptidase n'est révélée chez l'adulte, par contre l'estomac des larves possède une activité chymotrypsique. 3- Une béta-N-acétylglucosaminidase, une chitobiase et une chitinase sont présentes dans les glandes labiales. Les caractéristiques (pH optimum, température optimale, Km) de ces enzymes permettent de les différentier nettement de celles qui sont décrites à ce jour. Ceci peut être lié au fait que ces fonctions digestives restent exceptionnelles chez les insectes. Pour A. octospinosus, les activités béta-N-acétylglucosaminidasique et chitobiasique sont le fait de deux enzymes différentes. L'action chitinolytique n'est pas liée à une microflore endosymbiotique. 4- L'activité alpha-1-4-glucosadique des glandes labiales et de l'estomac est précisée. Les glandes ne possèdent que l'amylase et l'estomac sécrète maltase et tréhalase. Les caractéristiques de ces enzymes sont étudiées. Amylase et tréhalase paraissent être des enzymes inductibles. 5- Suite à ces travaux, un schéma catabolique, tenant compte de l'association avec un champignon symbiotique, est proposé pour A. octospinosus. Les données sur la filtration buccale et l'enzymologie de la partie antérieure du tube digestif permettent de définir la taille des microcapsules et la nature des polymères digestibles à utiliser pour induire un effet retard des insecticides.