Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. 210-236. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Th.--Méd.--Nancy 1, 1983. N°: 71.

Le microbiote intestinal humain est un important réservoir de gènes de résistance aux antibiotiques qui demeure toutefois méconnu. Dans cette étude, nous avons exploré les gènes de résistance du microbiote intestinal de participants sains avant et après une exposition à l’antibiotique cefprozil. Trois approches ont été utilisées pour caractériser ces gènes et examiner leur altération par les antimicrobiens : la métagénomique, la culturomique et la sélectomique recombinante. Le séquençage métagénomique et la culturomique ont permis d’identifier plusieurs gènes de résistance aux β-lactamines et à d’autres antibiotiques. Cependant, la culturomique a permis d’identifier ces gènes chez un plus grand nombre de participants. La culturomique a mis en évidence la présence de gènes de résistance à la vancomycine de type vanD dans les microbiotes de 46% des participants comparativement à 8% avec le séquençage métagénomique. La culturomique a aussi montré que l’exposition in vitro et in vivo à une β-lactamine stimule l’émergence des gènes vanD. La sélectomique recombinante, qui repose sur la construction de banques d’expression à partir de l’ADN des bactéries, a été utilisée pour caractériser de manière fonctionnelle les gènes de résistance aux β-lactamines chez les bactéries cultivables de l’intestin. Elle a permis d’identifier et caractériser cinq β-lactamases différentes dont deux montrant une activité à spectre étendu. La majorité des gènes de β-lactamases étaient associés à d’autres gènes de résistance et/ou des éléments mobiles. Ces travaux ont montré que la culture favorise l’identification de gènes non détectés par le séquençage métagénomique et que la sélectomique recombinante est un outil puissant pour caractériser les fonctions des gènes. Cette étude a aussi révélé que la prise d’une β-lactamine communément utilisée peut influencer l’abondance des bactéries qui contiennent des gènes de résistance à un antibiotique d’une autre classe, comme la vancomycine, un antibiotique de dernier recours dans l’arsenal des antimicrobiens. / The human intestinal microbiota is an important and poorly known antibiotic resistance genes reservoir. In this study, we explored resistance genes from the microbiota of healthy volunteers before and after exposure to the β-lactam cefprozil antibiotic. Three approaches were used to characterise resistance genes in the human microbiota and examine alteration by antimicrobials: metagenomics, culturomics and recombinant selectomics. Metagenomic and culturomic sequencing of intestinal microbiota enabled identification of several genes for resistance to β-lactams and other antibiotics. However, culturomics allowed identification of these genes in more participants than metagenomics. Culturomics highlighted the presence of the clinically important vancomycin resistance vanD-like genes in the microbiota of about 46% of participants compared to 8% with metagenomics. Culturomics also showed that in vitro and in vivo β-lactams exposition stimulates the emergence of vanD genes. Recombinant selectomics, which is based on the construction of expression libraries made with bacterial DNA, was also used to functionally characterise β-lactam resistance genes from the cultivable intestinal bacteria. It allowed identification and characterisation of five different β-lactamases including two with an extended-spectrum activity. The majority of β-lactamases genes was associated with other resistance genes and/or mobile elements. This study demonstrated that culture favors the identification of genes undetected by direct metagenomic sequencing and selectomics was a powerful tool to characterise gene functions. It also demonstrated that intake of a commonly used antibiotic of the β-lactam family can influence the abundance of bacteria containing resistance genes to an antibiotic from another class, such as vancomycin, which is a last resort antibiotic.

Les bactériocines sont des composés de nature protéique dotés d'une activité antimicrobienne dirigée contre des bactéries phylogénétiquement proches de la souche productrice. Récemment, la production de bactériocines a été évoquée comme un mécanisme d'action important impliqué dans l'activité antimicrobienne des probiotiques au niveau gastro-intestinal. Ce projet de recherche avait pour objectif d’évaluer la capacité de certaines bactéries lactiques bactériocinogènes à produire leur bactériocine dans les conditions physiologique et microbiologique du tractus digestif. Trois souches bactériocinogènes, à savoir Lactococcus lactis biovar diacetylactis UL719 (productrice de nisine Z), Pediococcus acidilactici UL5 (productrice de pédiocine PA-1) et L. lactis ATCC 11454 (productrice de nisine A) ont été utilisées comme modèle lors de ces travaux de thèse. Des expériences menées dans le simulateur de tractus digestif TIM-1 ont montré que P. acidilactici avait un taux de survie de 17 % aux stress rencontrés au niveau de l’estomac et de l’intestin grêle. Le transit dans la partie proximale du système digestif a eu peu d’effet sur l’activité inhibitrice de cette souche. Une légère surexpression des gènes de production de la bactériocine a même été observée à la sortie l’iléon. Contrairement à P. acidilactici UL5, L. lactis ATCC 11454 était moins résistante au stress digestif, avec un taux de survie inférieur à 1 %. Par ailleurs, les trois souches bactériocinogènes étudiées se sont révélées capables de croitre et de produire leur bactériocine dans un milieu de culture simulant le milieu colique. Dans le cas de P. acidilactici, nous avons démontré une inhibition significative de Listeria directement corrélée avec la production de pédiocine puisqu’aucune inhibition n’a été observée avec un mutant non producteur. Enfin, nous avons étudié la capacité de la souche P. acidilactici à survivre et à produire sa bactériocine au niveau iléaque de même que l’impact de cette activité inhibitrice sur l’équilibre du microbiote iléaque chez l’humain. Les analyses microbiologiques ont révélé que P. acidilactici survivait au transit bien qu’elle ne soit pas capable d’y croitre, probablement en raison d’un manque de compétitivité vis-à-vis du microbiote. Ces observations expliqueraient la faible activité inhibitrice de P. acidilactici contre L. monocytogenes que nous avons mesuré. / Bacteriocins are proteinaceous compound naturally produced by several bacterial strains with an inhibition activity directed against closely related bacteria. Recently, the production of bacteriocins was proposed as an important mechanism of action involved in the antimicrobial activity of probiotics in the gastrointestinal tract. This research aimed to evaluate the ability of some bacteriocin-producing lactic acid bacteria to produce their bacteriocins in the physiological and microbiological conditions of the digestive tract. Three strains, namely L. lactis biovar diacetylactis UL719 (producing nisin Z), P. acidilactici UL5 (producing pediocin PA- 1) and L. lactis ATCC 11454 (producing nisin A) were used as models throughout this thesis. Experiments performed with the TIM-1 digestive tract simulator have shown that P. acidilactici had a survival rate of 17 % in the stomach and small intestine. Passage in the proximal part of the digestive tract had little effect on the inhibitory activity of this strain. A slight over-expression of the genes encoding production of bacteriocin has been observed even at the end of the ileum. Unlike P. acidilactici UL5, L. lactis ATCC 11454 was less resistant to gastrointestinal stress, with a survival rate of less than 1 %. In addition, the three bacteriocin-producing strains considered in this study were proved able to grow and produce their bacteriocins in a culture medium simulating the colonic environment. In the case of P. acidilactici, we demonstrated significant inhibition of Listeria in the colonic medium and that this inhibition was directly correlated with the production of pediocin since no inhibition was observed with a non-producing mutant. Finally, we studied the ability of P. acidilactici to survive and produce its bacteriocin in the ileac conditions and the impact of this inhibitory activity on the balance of ileac microbiota of healthy humans. Microbiological analyzes revealed that P. acidilactici survived throughout the transit although it was not able to grow, probably due to a weak competitivity compared to the ileac microbiota. These observations may explain the low inhibitory activity of P. acidilactici against L. monocytogenes that we measured.

Des études épidémiologiques ont rapporté une association inverse entre la consommation de produits laitiers et le risque de diabète de type 2 (DT2). Cependant, les études d'intervention sur les produits laitiers rapportent des résultats contradictoires sur la sensibilité à l'insuline. Ainsi, on ne sait pas si la consommation de produits laitiers exerce des effets bénéfiques sur l'homéostasie du glucose et les mécanismes d'action potentiels. Les effets des produits laitiers sur l'homéostasie du glucose pourraient être révélés par l'intégration des omiques. Le terme omique est utilisé pour désigner les investigations utilisant des technologies analytiques, telles que la transcriptomique (ARNm et microARN (miARN)), la métabolomique (acides gras à chaîne courte (AGCC), les acides biliaires, et F₂-isoprostanes (F₂-IsoPs)) et le microbiome intestinal. Pourtant, on ne sait pas si la consommation de produits laitiers pourrait modifier le transcriptome, le métabolome et le microbiote intestinal et si ceux-ci pourraient prédire l'homéostasie du glucose chez les personnes à risque de DT2. Les objectifs sont 1- de déterminer l'effet des produits laitiers sur le profil omique, y compris le profilage de l'ARNm et les microARN, les métabolites et le microbiome; et 2- de clarifier les mécanismes d'action des produits laitiers sur les facteurs de risque de DT2. Dans cet essai randomisé en chassé-croisé, 27 participants hyperinsulinémiques ont été randomisés pour consommer des produits laitiers élevès (HD) (HD ≥ 4 portions/j) et des produits laitiers adéquats (AD) (AD ≤ 2 portions/jour) pendant 6 semaines. Les mesures cliniques et anthropométriques ainsi que des questionnaires de fréquence alimentaire ont été réalisés avant et après chaque intervention. Premièrement, l'ARNm et les miARN ont été mesurés en utilisant des micropuces et la validation par qPCR. Deuxièmement, les taux plasmatiques d'AGCCs, sels biliaires, et des F₂-IsoPs ont été mesurés par des techniques de spectrométrie de masse. Troisièmement, l'abondance du bactèries intestinalles a été analysée à l'aide de méthodes de séquençage du gène ARNr 16S. Le test t apparié a été utilisé pour indiquer des différences significatives dans les paramètres cliniques et omiques entre AD et HD. Les analyses de corrélation ont été effectuées pour identifier l'association entre les paramètres glycémiques et les omiques. De plus, un modèle mixte de régression linéaire a été utilisée pour examiner les différences dans les mesures répétées des niveaux plasmatiques de F₂-IsoP entre AD et HD. L'intégration des omiques a été réalisée à l'aide d'une analyse par apprentissage automatique. L'analyse des puces à ARNm a indiqué que 236 gènes étaient différentiellement exprimés avant et après l'apport en HD. De plus, 297 miARN ont été différentiellement exprimés entre AD et de HD. Une analyse plus approfondie des gènes et des miARN exprimés de manière différentielle a révélé que les voies métaboliques associées au DT2 étaient modifiées après la prise de HD par rapport à avant la prise de HD, y compris la signalisation des récepteurs olfactifs, GPCR, PI3K-AKT2, la signalisation Ras et les voies MAPK. De plus, le niveau de F₂-IsoPs (5-F₂ₜ-IsoP et 8-F₂ₜ-IsoP) a été favorablement réduit. F₂-IsoPs était aussi positivement corrélé avec la glycémie à jeun. Un niveau inférieur de F₂-IsoP a été observé chez les femmes par rapport aux hommes après la prise de HD par rapport à AD. Les résultats ont également montré une augmentation de l'abondance des bactéries Firmicutes et de l'acide butyrique fécal qui jouent un rôle dans la réduction de la résistance à l'insuline. Finalement, l'analyse de l'apprentissage automatique a identifié trois déterminants omiques potentiels interdépendants (miR-93-5p, 8-F₂ₜ-IsoP et l'acide biliaire lithocholique) après la consommation de HD, ce qui a entraîné une réduction de la résistance à l'insuline. Dans l'ensemble, cette étude a démontré que la prise de HD peut modifier de manière bénéfique le profil des OMIC et la résistance à l'insuline chez les participants atteints d'hyperinsulinémie. / Epidemiological studies have reported an inverse association between the consumption of dairy products and the risk of type 2 diabetes (T2D). However, dairy intervention studies report conflicting results on insulin sensitivity. Thus, it is unknown whether dairy product consumption exerts its beneficial effects on glucose homeostasis and their potential mechanisms of action. The effects of dairy products on glucose homeostasis could be mediated by changes in omics profiles. The term omics is used to refer to investigations using global analytical technologies, such as transcriptomics (mRNA and microRNA (miRNA)), metabolomics (short-chain fatty acids (SCFAs), biliary acids, and F₂-isoprostanes (F₂-IsoPs)), and gut microbiome. Yet, it is unclear whether dairy product consumption could alter the transcriptome, metabolome, and gut microbiota and whether these could predict glucose homeostasis in individuals at risk for T2D. The objectives are 1- to determine the effect of dairy products on the OMICS profile, including mRNA and miRNA profiling, metabolites and microbiome; and 2- to clarify the mechanisms of action of dairy products on the risk factors of T2D. In this randomized crossover trial, 27 subjects with hyperinsulinemia were randomized to consume high-dairy (HD) products (HD ≥ 4 servings/d) and adequate dairy (AD) products (AD ≤ 2 servings/day) for 6 weeks. Clinical and anthropometric measurements as well as food frequency questionnaires were carried out before and after each intervention. First, the mRNA and miRNA profiling were performed using microarrays and qPCR validation. Second, plasma levels of SCFAs and F₂-IsoPs were measured by mass spectrometry techniques. Third, the abundance of gut microbiota was analyzed using 16S rRNA gene sequencing. The paired t-test was used to indicate differences in clinical and omics parameters between AD and HD. The correlation analyses were performed to identify the association between glycemic parameters and omics. Further, mix-model regression was used to examine the differences in repeated measurements of plasma levels of F₂-IsoP between AD and HD. The integration of omics was performed using machine learning methods. Microarray analysis indicated that 236 genes were expressed differently before and after HD intake. Furthermore, 297 miRNAs were expressed differently between AD and HD. Further, analysis of differentially expressed genes and miRNAs revealed that T2D-associated metabolic pathways were altered after HD intake compared to before HD intake, including olfactory receptor signaling, GPCR, PI3K-AKT2, Ras signaling, and MAPK pathways. In addition, the level of F₂-IsoPs (5-F₂ₜ-IsoP and 8-F₂ₜ-IsoP) was favorably reduced. F₂-IsoPs was also positively correlated with fasting blood glucose. In addition, a lower level of F₂-IsoP was observed in females compared to males after intake of HD compared to AD. Results also showed an increase in the abundance of Firmicutes bacteria and fecal butyric acid which have a role in reducing the insulin resistance. Finally, machine learning analysis identified three interrelated potential omics determinants (miR-93-5p, 8-F₂ₜ-IsoP, and lithocholic bile acid) after HD consumption that resulted in reduced insulin resistance. Overall, this study demonstrated that consuming HD can beneficially alter the OMICs profile to improve insulin resistance in participants with hyperinsulinemia.

Les liens entre le microbiote intestinal, la diète et les désordres métaboliques sont maintenant établis. Les polyphénols des petits fruits affectent les bactéries pathogènes dans le côlon, et stimulent les bactéries symbiotiques, particulièrement Akkermansia muciniphila chez l'homme et dans des modèles murins. Cette bactérie muciphile contribue à l'homéostasie intestinale et induit une réponse immunitaire et métabolique bénéfique chez l'hôte. Cependant, on comprend mal comment les polyphénols peuvent sélectivement l'affecter et l'analyse traditionnelle métagénomique obtenue d'études in vivo n'offre qu'une image partielle des mécanismes impliqués. Cette thèse vise à évaluer, par des approches in vivo et in vitro, comment les polyphénols modifient le microbiote intestinal, la morphologie de l'épithélium du colon, la niche écologique d'Akkermansia, et par extension affectent le métabolisme de souris soumises à une diète obésogène. Une attention particulière a été portée à l'effet de ces composés sur la croissance d'A. muciniphila et les mécanismes moléculaires qu'ils induisent chez la bactérie. Dans un premier chapitre, l'effet des poudres de fruits canneberge et de bleuets riches en polyphénols et leurs fractions fibreuses a été étudié chez des souris soumises à une diète obésogène (HFHS) pendant 8 semaines afin d'évaluer lesquels des polyphénols ou des fibres sont responsables de l'effet prébiotique observé. Cette étude a démontré que ce sont surtout les polyphénols contenus dans les poudres de canneberges et de bleuets entiers qui sont responsables de l'action prébiotique, notamment en stimulant A. muciniphila. En effet, la poudre de canneberge comme celle de bleuets inhibent particulièrement les pathogènes induits par la diète HFHS. En outre, l'analyse de redondance fonctionnelle a révélé que la consommation de poudre de canneberge riche en polyphénols permettait au microbiote de souris obèses de retrouver les fonctions de celui de souris maigres. Ces souris présentaient un poids et une efficacité énergétique inférieurs à celui des souris non traitées. De plus, d'autres bactéries symbiotiques étaient favorisées par les poudres de fruits entiers : Muribaculaceae, Dubosiella newyorkensis et Eggerthellaceae. Fait intéressant, les fibres de canneberge inhibaient également les pathogènes, favorisaient des bactéries dégradant les polyphénols et réduisaient les triglycérides hépatiques chez les souris obèses. Ces résultats mettent en évidence le potentiel des polyphénols, même lorsqu'ils sont associés aux fibres, à atténuer les désordres métaboliques. Le deuxième chapitre s'intéresse à identifier les catégories de polyphénols impliquées dans l'accroissement du nombre de bactéries symbiotiques et particulièrement d'A. muciniphila. Les souris soumises à une diète obésogène ont été traitées avec un extrait de bleuet ou trois de leurs fractions polyphénoliques : F1, riches en anthocyanes et en acides phénoliques; F2, riche en oligomères de proanthocyanidines (PACs) ainsi qu'en flavonols; et F3 riches en polymères de PACs. Ces sous-fractions ont été administrées aux souris dans les mêmes concentrations que celles retrouvées dans l'extrait entier. Globalement, les fractions polyphénoliques ont restauré l'épaisseur de la couche de mucus, mais particulièrement les fractions riches en PACs ont significativement stimulé A. muciniphila, tout en améliorant la proportion de cellules caliciformes et le métabolisme du glucose chez les souris obèses. Enfin le dernier chapitre s'intéresse aux mécanismes par lesquels les polyphénols favorisent la croissance de A. muciniphila dans l'intestin. Des cultures d'A. muciniphila ont donc été effectuées dans des milieux enrichis en polyphénols afin d'évaluer les gènes impliqués dans le métabolisme cellulaire et dans la résistance aux antimicrobiens; les pompes à efflux non spécifiques, les polysaccharides capsulaires (CPS), les exopolysaccharides (EPS), les transporteurs de type ABC-2 et de resistance-nodulation-cell division (RND) ont joué un rôle crucial dans la résistance et l'adaptation de la bactérie aux polyphénols. La croissance d'A. muciniphila n'a pas été inhibée par l'extrait de canneberge entier ni par ses fractions polyphénoliques, mais elle a été stimulée par l'urolithine-A. Cette expérience in vitro a démontré que les polymères de PACs favorisent davantage les mécanismes d'adaptation antimicrobienne impliqués dans la protection des parois cellulaires et la régulation énergétique chez Akkermansia. Parallèlement à l'urolithine-A, les polymères de PACs ont induit la production du CPS et du EPS chez A. muciniphila. Ces CPS/EPS pourraient contribuer aux rôles immunomodulateur et anti-obésité d'A. muciniphila et par conséquent constituer des postbiotiques prometteurs. Cette thèse démontre la sélectivité des polyphénols, principalement des PACs, dans l'inhibition des pathogènes associés à l'obésité et dévoile les mécanismes moléculaires qui sous-tendent leurs effets prébiotiques sur A. muciniphila. / The link between gut microbiota, diet and metabolic diseases is now established. Polyphenols from berries and other dietary sources have been shown to inhibit opportunistic pathogens and stimulate symbiotic bacteria, particularly Akkermansia muciniphila in humans and animals. A. muciniphila is a mucus-living bacterium shown to contribute to the intestinal homeostasis and to drive beneficial immune and metabolic response in the host. However, it is not yet known how polyphenols can selectively affect A. muciniphila from in vivo studies, since regular metagenomic analysis of the gut microbiota only provide a partial picture of the mechanisms involved. This thesis aims to determine, through in vivo and in vitro approaches, the prebiotic effect of polyphenols and how they affect the physiology and intestinal morphology and the ecological niche of Akkermansia in obesogenic diet-fed mice. Particularly, it focusses on the molecular capacity of A. muciniphila to induce defence mechanisms and adapt to distinct polyphenolic fractions. In the first chapter, in order to assess which constituent of berries was responsible for the prebiotic action, we compared the effect of the dietary supplementation with polyphenol-rich cranberry and blueberry fruit powders to their respective fibrous fractions (cell wall polysaccharides) of high-fat high-sucrose (HFHS) fed mice for 8-weeks. We demonstrated that the polyphenols from cranberry and blueberry fruit powders are mainly responsible for the selective prebiotic effects on A. muciniphila rather than their fibre-rich fractions. Both cranberry and blueberry whole fruit powders inhibited HFHS-induced pathobionts associated with obesity. A functional redundancy analysis revealed that the gut microbiota functions of obese mice were remarkably changed by polyphenol-rich whole cranberry powder, restoring it back to that observed in lean mice; that is, they presented lower body weight and energy efficiency as compared to untreated mice. Furthermore, other symbiotic bacteria were influenced by polyphenol-rich berry powders, notably Muribaculaceae, Dubosiella newyorkensis, and the polyphenol-degrading Eggerthellaceae; these mice presented a lower body weight and energy efficiency as compared to untreated mice. Surprisingly, cranberry fibrous fraction also inhibited pathobionts and promoted polyphenol-degrading families and reduced the hepatic triglycerides level in HFHS-fed mice. Altogether, these findings highlight the role of polyphenols associated with fibres, in attenuating obesity. The second chapter aimed to identity which polyphenolic category was mostly responsible for the prebiotic effect and the abundance of A. muciniphila. HFHS-fed mice were treated with a whole blueberry extract and with the three constitutive polyphenolic fractions: F1, rich in anthocyanins and phenolic acids, F2, rich in oligomeric proanthocyanidins (PACs) and flavonols, and F3 rich polymeric PACs. These sub-fractions were administered to mice at the same concentration as encountered in the whole extract. All in all, the polyphenolic fractions restored the mucus thickness, but the PAC-rich fractions besides stimulating A. muciniphila, increased the proportion of goblet cells and improved the glucose homeostasis in obese mice. Finally, the third chapter looks at the mechanisms by which polyphenols promote the growth of A. muciniphila. Growing assays of A. muciniphila were carried out in polyphenols enriched media in order to assess the expression of genes involved in cell metabolism and antimicrobial resistance. Genes coding for multidrug efflux pumps, capsular polysaccharide (CPS) family, exopolysaccharides (EPS), and ABC-2 type and resistance-nodulation-cell division (RND) transporters were shown to play a crucial role in allowing the bacteria to withstand the different cranberry polyphenolic fractions and adapt to the stress they caused. A. muciniphila growth was not inhibited by the whole cranberry extract neither by its polyphenolic fractions, but enhanced by the phenolic metabolite urolithin-A. Moreover, we showed that the polymeric PACs were triggering most intensively the antimicrobial adaptation mechanisms involved in cell-wall protection and energy management in A. muciniphila. Both of these fractions up-regulated CPS and EPS in A. muciniphila. CPS/EPS secretion in presence of polyphenols might represent promising post-biotic products, possibly involved in the immune modulatory and anti-obesity potential by A. muciniphila. Altogether, this thesis demonstrates for one of the first times that berry polyphenols and their PAC-rich fractions are responsible for the prebiotic-like effect on A. muciniphila, and the inhibition of specific pathobionts associated with obesity and unveils the molecular mechanisms underpinning the resilience of this bacterium to phenolics.

Les pollinisateurs sont importants pour la biodiversité, en plus de fournir des services écosystémiques essentiels à plusieurs cultures agricoles et autres espèces végétales à l'échelle mondiale. Les pollinisateurs sauvages et domestiques (dont Apis mellifera) ont subi d'importantes pertes récentes en raison de l'utilisation de pesticides. Il est urgent de trouver des alternatives aux effets néfastes de la clothianidine (une molécule de la famille des Néonicotinoïdes) sur la santé des abeilles, car elle persiste dans l'environnement et agit sur la santé des abeilles et leur microbiote intestinal. L'objectif principal de cette thèse était double : (1) de mettre en évidence un outil de biosurveillance des colonies d'abeilles basé sur des biomarqueurs microbiens qui sont sensibles à des concentrations sous-létales de la clothianidine, un composé de la famille des néonicotinoïdes et (2) de mettre en place une formulation d'un supplément probiotique composé de symbiotes clés endogènes de l'Abeille qui aiderait à la restauration des propriétés métaboliques et protectrices de la flore intestinale de l'Abeille en réponse à une exposition à la clothianidine. Les connaissances acquises dans le cadre de cette recherche sur l'influence d'un gradient de concentrations de clothianidine sur (1) les interactions d'activité entre les membres cœur et non cœur du microbiote intestinal d'Apis mellifera, (2) y compris les souches opportunistes potentielles, (3) ainsi qu'un lien possible entre le pesticide clothianidine et une perturbation de l'axe microbiote-immunité sont sans précédent. Nos résultats montrent que le degré de dysbiose du microbiote intestinal dépend à la fois (1) de l'intensité de l'exposition de l'Abeille domestique aux xénobiotiques ainsi que (2) de la section de son intestin. Nous avons également mis en évidence l'importance des réseaux d'interaction d'activité au sein du microbiote pour mesurer l'impact de l'exposition aux pesticides sur la dynamique d'une communauté bactérienne de microbiome. Grâce aux réseaux d'interactions et à leur caractérisation (paramètres topologiques), cette thèse a mis en évidence le rôle crucial des taxas de faible activité fonctionnelle en leur suggérant un statut d'espèces clés de voute du microbiote intestinal de l'Abeille, et ce dans des sections intestinales bien spécifiques. Nos résultats exposent également un point de vue unique de l'implication des micro-organismes endogènes de l'Abeille mellifère dans (1) la réduction de l'impact nocif de la clothianidine sur la santé des colonies et (2) dans la restauration d'un microbiote intestinal stable. L'utilisation de microorganismes probiotiques dans la supplémentation alimentaire de l'Abeille domestique est une stratégie viable de gestion des ruches pour réduire l'impact négatif des xénobiotiques sous-létaux sur les colonies. / Pollinators are one of the most important components of global biodiversity that provide essential ecosystem services to cultivated crops and wild plant species worldwide. Wild and domesticated pollinators (including Apis mellifera) have experienced important recent losses. Globally, pesticides are increasing the mortality rate among honeybees (Apis mellifera). Is is now well-established that immune responses and insect behaviour are both influenced by the gut flora. There is a pressing need to find ways to alleviate the impact of pesticides, such as to clothianidin (Neonicotinoid molecule), that have detrimental effects on honeybee health and persists in the environment. The primary objective of this thesis was to highlight (1) a biomonitoring tool for bee colonies based on microbial biomarkers that are sensitive to sub-lethal levels of neonicotinoid family compounds and (2) a formulation of a probiotic supplement composed of key bee symbionts that would aid in the restoration of the bee's intestinal flora's metabolic and protective properties following neonicotinoid exposure. This novel research provided unprecedented information gained on the influence of clothianidin gradients on (1) the activity interactions between core and non-core members of the intestinal microbiota of Apis mellifera, (2) including potential opportunistic strains, and (3) the possible link between clothianidin pesticide and disturbance of the microbiota–immunity axis. Our findings imply how the degree of dysbiosis in the gut microbiota is dependent on both the intensity of xenobiotic exposure and the honeybee gut microbial section. Also, we highlighted the importance of activity interaction networks that appear to be a useful method for measuring the impact of pesticide exposure on a microbiome bacterial community dynamic. Interaction networks and their characterization (topological parameters) highlighted the crucial role of taxa of low functional activity by suggesting their status as keystone species of the honeybee intestinal microbiota, and this in specific intestinal sections. Our findings give a unique viewpoint on the involvement of honeybee endogenous microorganisms in (1) reducing the harmful impact of clothianidin on the health of honeybee colonies and (2) in restoring a stable honeybee gut microbiota. Using probiotic microorganisms in honeybee diets is a viable hive management strategy for reducing the negative impact of sublethal clothianidin concentrations and surely other environmental xenobiotics on honeybee colonies.

Titre de l'écran-titre (visionné le 8 novembre 2023) / Problématique : Les acides biliaires (AB), métabolites hépatiques du cholestérol, peuvent subir une glucurono-conjugaison qui limite leurs effets cytotoxiques et pro-inflammatoires et facilite leur élimination. Nous croyons que d'exploiter ce mécanisme permettrait de diminuer le fardeau des AB dans les maladies cholestatiques auto-immunes (MCAI). Cependant, des enzymes β-glucuronidase (GUS) au niveau du microbiote intestinal ont la capacité de renverser la réaction de glucuronidation hépatique. Les objectifs de mon projet étaient donc de : i) valider et caractériser la contribution des GUS à la « re-toxification » des AB-G; ii) identifier les facteurs contrôlant cette activité; et iii) déterminer le potentiel de modulation. Méthode : Des essais enzymatiques in vitro mesurant l'activité GUS ont été réalisés en présence de 11 espèces d'AB-G avec : des contenus intestinaux et des selles murines, différentes GUS bactériennes recombinantes ainsi que des selles provenant de volontaires sains ou de patients avec MCAI. Nous avons mesuré l'activité GUS avant et après la consommation de poudre de bleuets lyophilisée (PBL) ou de framboises surgelées (FS) ainsi qu'en présence d'inhibiteurs GUS pharmacologiques précédemment identifiés. Résultats : Les AB-G sont efficacement déconjugués in vitro chez la souris et chez l'humain (avec ou sans MCAI). On observe une grande variabilité selon l'individu, selon l'espèce et selon le site de glucuronidation sur le squelette des AB. Pour la modulation, la supplémentation en PBL diminue de manière sexe-dépendante l'activité GUS tandis que la réponse à la consommation de FS est plus hétérogène. Les approches pharmacologiques ont confirmé une possible inhibition de l'activité GUS envers les AB-G. Conclusion : En illustrant la capacité des GUS du microbiote intestinale à réactiver les AB et en montrant le potentiel de modulation d'une approche pharmaco-nutritionnelle, nos résultats contribuent à établir l'activité GUS comme une nouvelle cible pour la détoxification des AB dans le traitement des MCAI. / Problematic: Bile acids (BAs), hepatic metabolites of cholesterol, can undergo glucuronide conjugation, which limits their cytotoxic and pro-inflammatory effects and increases their elimination. We believe that harnessing this mechanism could reduce the burden of BAs in autoimmune cholestatic diseases (ACD). However, β-glucuronidase (GUS) enzymes in the gut microbiota can reverse this hepatic glucuronidation. The objectives of my project were to: i) validate and characterize the contribution of GUS to the "re-toxification" of BA-G; ii) identify the factors controlling this activity; and iii) determine the potential for modulation. Method: In vitro enzymatic assays measuring GUS activity were performed in the presence of 11 species of BA-G, using murine intestinal contents and feces, various recombinant bacterial GUS enzymes, as well as stool samples from healthy volunteers or patients with ACD. We measured GUS activity before and after the consumption of freeze-dried blueberry powder (BBP) or frozen raspberries (FR), as well as in the presence of previously identified pharmacological inhibitors. Results: BA-Gs are efficiently deconjugated in vitro in both mice and humans (with or without ACD). There is a high variability, depending on species, the site of glucuronidation on the BA skeleton and between individual. Regarding modulations, BBP supplementation decreases GUS activity in a sex-dependent manner, while the response to FR consumption is more heterogeneous. Pharmacological approaches confirmed a possible inhibition of GUS activity towards BA-Gs. Conclusion: By illustrating the ability of gut microbiota GUS enzymes to reactivate BAs and demonstrating the modulation potential of a pharmaco-nutritional approach, our results contribute to establishing GUS activity as a new target for the detoxification of BAs in ACDs.

Des études épidémiologiques ont rapporté une association inverse entre la consommation de produits laitiers et le risque de diabète de type 2 (DT2). Cependant, les études d'intervention sur les produits laitiers rapportent des résultats contradictoires sur la sensibilité à l'insuline. Ainsi, on ne sait pas si la consommation de produits laitiers exerce des effets bénéfiques sur l'homéostasie du glucose et les mécanismes d'action potentiels. Les effets des produits laitiers sur l'homéostasie du glucose pourraient être révélés par l'intégration des omiques. Le terme omique est utilisé pour désigner les investigations utilisant des technologies analytiques, telles que la transcriptomique (ARNm et microARN (miARN)), la métabolomique (acides gras à chaîne courte (AGCC), les acides biliaires, et F₂-isoprostanes (F₂-IsoPs)) et le microbiome intestinal. Pourtant, on ne sait pas si la consommation de produits laitiers pourrait modifier le transcriptome, le métabolome et le microbiote intestinal et si ceux-ci pourraient prédire l'homéostasie du glucose chez les personnes à risque de DT2. Les objectifs sont 1- de déterminer l'effet des produits laitiers sur le profil omique, y compris le profilage de l'ARNm et les microARN, les métabolites et le microbiome; et 2- de clarifier les mécanismes d'action des produits laitiers sur les facteurs de risque de DT2. Dans cet essai randomisé en chassé-croisé, 27 participants hyperinsulinémiques ont été randomisés pour consommer des produits laitiers élevès (HD) (HD ≥ 4 portions/j) et des produits laitiers adéquats (AD) (AD ≤ 2 portions/jour) pendant 6 semaines. Les mesures cliniques et anthropométriques ainsi que des questionnaires de fréquence alimentaire ont été réalisés avant et après chaque intervention. Premièrement, l'ARNm et les miARN ont été mesurés en utilisant des micropuces et la validation par qPCR. Deuxièmement, les taux plasmatiques d'AGCCs, sels biliaires, et des F₂-IsoPs ont été mesurés par des techniques de spectrométrie de masse. Troisièmement, l'abondance du bactèries intestinalles a été analysée à l'aide de méthodes de séquençage du gène ARNr 16S. Le test t apparié a été utilisé pour indiquer des différences significatives dans les paramètres cliniques et omiques entre AD et HD. Les analyses de corrélation ont été effectuées pour identifier l'association entre les paramètres glycémiques et les omiques. De plus, un modèle mixte de régression linéaire a été utilisée pour examiner les différences dans les mesures répétées des niveaux plasmatiques de F₂-IsoP entre AD et HD. L'intégration des omiques a été réalisée à l'aide d'une analyse par apprentissage automatique. L'analyse des puces à ARNm a indiqué que 236 gènes étaient différentiellement exprimés avant et après l'apport en HD. De plus, 297 miARN ont été différentiellement exprimés entre AD et de HD. Une analyse plus approfondie des gènes et des miARN exprimés de manière différentielle a révélé que les voies métaboliques associées au DT2 étaient modifiées après la prise de HD par rapport à avant la prise de HD, y compris la signalisation des récepteurs olfactifs, GPCR, PI3K-AKT2, la signalisation Ras et les voies MAPK. De plus, le niveau de F₂-IsoPs (5-F₂ₜ-IsoP et 8-F₂ₜ-IsoP) a été favorablement réduit. F₂-IsoPs était aussi positivement corrélé avec la glycémie à jeun. Un niveau inférieur de F₂-IsoP a été observé chez les femmes par rapport aux hommes après la prise de HD par rapport à AD. Les résultats ont également montré une augmentation de l'abondance des bactéries Firmicutes et de l'acide butyrique fécal qui jouent un rôle dans la réduction de la résistance à l'insuline. Finalement, l'analyse de l'apprentissage automatique a identifié trois déterminants omiques potentiels interdépendants (miR-93-5p, 8-F₂ₜ-IsoP et l'acide biliaire lithocholique) après la consommation de HD, ce qui a entraîné une réduction de la résistance à l'insuline. Dans l'ensemble, cette étude a démontré que la prise de HD peut modifier de manière bénéfique le profil des OMIC et la résistance à l'insuline chez les participants atteints d'hyperinsulinémie. / Epidemiological studies have reported an inverse association between the consumption of dairy products and the risk of type 2 diabetes (T2D). However, dairy intervention studies report conflicting results on insulin sensitivity. Thus, it is unknown whether dairy product consumption exerts its beneficial effects on glucose homeostasis and their potential mechanisms of action. The effects of dairy products on glucose homeostasis could be mediated by changes in omics profiles. The term omics is used to refer to investigations using global analytical technologies, such as transcriptomics (mRNA and microRNA (miRNA)), metabolomics (short-chain fatty acids (SCFAs), biliary acids, and F₂-isoprostanes (F₂-IsoPs)), and gut microbiome. Yet, it is unclear whether dairy product consumption could alter the transcriptome, metabolome, and gut microbiota and whether these could predict glucose homeostasis in individuals at risk for T2D. The objectives are 1- to determine the effect of dairy products on the OMICS profile, including mRNA and miRNA profiling, metabolites and microbiome; and 2- to clarify the mechanisms of action of dairy products on the risk factors of T2D. In this randomized crossover trial, 27 subjects with hyperinsulinemia were randomized to consume high-dairy (HD) products (HD ≥ 4 servings/d) and adequate dairy (AD) products (AD ≤ 2 servings/day) for 6 weeks. Clinical and anthropometric measurements as well as food frequency questionnaires were carried out before and after each intervention. First, the mRNA and miRNA profiling were performed using microarrays and qPCR validation. Second, plasma levels of SCFAs and F₂-IsoPs were measured by mass spectrometry techniques. Third, the abundance of gut microbiota was analyzed using 16S rRNA gene sequencing. The paired t-test was used to indicate differences in clinical and omics parameters between AD and HD. The correlation analyses were performed to identify the association between glycemic parameters and omics. Further, mix-model regression was used to examine the differences in repeated measurements of plasma levels of F₂-IsoP between AD and HD. The integration of omics was performed using machine learning methods. Microarray analysis indicated that 236 genes were expressed differently before and after HD intake. Furthermore, 297 miRNAs were expressed differently between AD and HD. Further, analysis of differentially expressed genes and miRNAs revealed that T2D-associated metabolic pathways were altered after HD intake compared to before HD intake, including olfactory receptor signaling, GPCR, PI3K-AKT2, Ras signaling, and MAPK pathways. In addition, the level of F₂-IsoPs (5-F₂ₜ-IsoP and 8-F₂ₜ-IsoP) was favorably reduced. F₂-IsoPs was also positively correlated with fasting blood glucose. In addition, a lower level of F₂-IsoP was observed in females compared to males after intake of HD compared to AD. Results also showed an increase in the abundance of Firmicutes bacteria and fecal butyric acid which have a role in reducing the insulin resistance. Finally, machine learning analysis identified three interrelated potential omics determinants (miR-93-5p, 8-F₂ₜ-IsoP, and lithocholic bile acid) after HD consumption that resulted in reduced insulin resistance. Overall, this study demonstrated that consuming HD can beneficially alter the OMICs profile to improve insulin resistance in participants with hyperinsulinemia.

La flore intestinale, composée de l’ensemble des microorganismes retrouvés dans le tractus digestif, joue un rôle essentiel dans le développement et l’homéostasie du système immunitaire. Son altération est associée à de multiples maladies inflammatoires ayant des répercussions non seulement à l’intestin, mais bien dans l’ensemble de l’organisme. Les causes de cette dérégulation restent toutefois méconnues. Parmi les multiples facteurs susceptibles de moduler sa composition, on retrouve plusieurs enzymes bactéricides produites à l’intestin. L’une de ces protéines, la phospholipase A2-IIA sécrétée (sPLA2-IIA), est fortement surexprimée en condition inflammatoire. Nous avons émis l’hypothèse que la surexpression de la sPLA2-IIA à l’intestin au cours de maladies inflammatoires pourrait altérer la composition de la flore intestinale, contribuant ainsi à la physiopathologie de ces maladies. L’utilisation de souris surexprimant la sPLA2-IIA humaine (sPLA2-IIATGN) nous a permis d’observer l’apparition spontanée d’un désordre immunitaire encore jamais caractérisé dans ce modèle. En nous intéressant à l’impact de cette enzyme sur la flore intestinale, nous avons pu identifier plusieurs altérations dans le microbiome de ces souris. Nos résultats suggèrent également que l’environnement, et plus spécifiquement le microbiote intestinal, joue un important rôle dans le développement de ce désordre immunitaire. Nos résultats suggèrent que la modulation de l’inflammation systémique par la sPLA2-IIA est dépendante de la flore intestinale. / The mammalian digestive tract harbors trillions of microorganisms that collectively form the intestinal microbiota. This flora has been shown to play a prominent role in the development and homeostasis of the immune system. As such, its alteration was associated with a wide array of inflammatory diseases with intestinal and systemic afflictions. However, the cause of this unbalance remains poorly understood. While the intestinal flora may be regulated by a large number of environmental factors, multiple endogenous intestinal enzymes have been shown or proposed to play an important part in the shaping of its composition. One of those enzymes, the secreted phospholipase A2-IIA (sPLA2-IIA), possesses great bactericidal properties and is overexpressed during multiple inflammatory disorders. We hypothesized that the overexpression of sPLA2-IIA in the intestine during inflammatory processes could alter the composition of the intestinal microbiota, thereby contributing to the pathophysiology of those diseases. To verify this hypothesis, we used transgenic mice overexpressing the human sPLA2- IIA (sPLA2-IIATGN) and observed a yet uncharacterized spontaneous immune disorder in this model. We aimed to evaluate the impact of sPLA2-IIA on the intestinal flora in this model. We identified multiple alterations in the microbiome of sPLA2-IIATGN mice. Our results also suggest that the environment, and more specifically the intestinal microbiota, play a prominent role in the development of this immune disorder. Our results suggest that the modulation of systemic inflammation by sPLA2-IIA is dependent upon the intestinal flora.