La demande mondiale croissante de viande de porc entraîne des pratiques d'élevage intensives qui peuvent favoriser la propagation des infections parmi les porcs. Bien que des mesures de biosécurité soient mises en place, l'utilisation d'antibiotiques demeure parfois nécessaire, ce qui a pour conséquence d'augmenter le risque de voir émerger des bactéries résistantes aux antibiotiques dans les élevages, affectant à la fois les animaux et l'environnement. Cette thèse analyse l'effet de diverses stratégies d'intervention en ferme contre le développement et la diffusion de la résistance aux antibiotiques tout au long du processus d'élevage porcin, avec un accent particulier sur le microbiome des porcs et l'impact sur le microbiome de la viande. L'approche holistique « *One Health* » est cruciale pour aborder ce problème de santé publique. Une action collective, combinée à une utilisation judicieuse des antibiotiques et au développement de stratégies innovantes, pourrait permettre de limiter ce phénomène. Tout d'abord, afin d'être mesure d'étudier efficacement la résistance aux antibiotiques dans le microbiome intestinal porcin, il faut répondre à un défi majeur dans l'étude des microbiomes animaux, qui est de développer des méthodes générant des résultats qui représentent fidèlement les communautés microbiennes d'intérêt. Des protocoles d'échantillonnage rigoureux sont essentiels, mais la préservation des échantillons peut être compliquée. Un stabilisateur de fèces commercial a donc été testé pour en comprendre les effets sur les analyses métagénomique des fèces. La stabilisation des échantillons de fèces de porc à l'aide d'un stabilisateur commercial (PERFORMAbiome •GUT | PB-200, DNA Genotek) permettait d'obtenir un ADN moins dégradé. Les profils taxonomiques et fonctionnels du microbiome étaient également influencés par cette stabilisation. De plus, la qualité de l'ADN des échantillons stabilisés puis congelés à -80°C était comparable à celle des échantillons stabilisés durant la décongélation. Aborder la résistance aux antibiotiques sous l'angle « *One Health* » nécessite une analyse approfondie des microbiomes de la chaine de valeur du porc, en commençant par le microbiome intestinal. L'administration d'antibiotiques augmente l'abondance des gènes de résistance aux antibiotiques (ARG) dans le microbiome intestinal des porcs. Ainsi la première stratégie étudiée est l'ajout de probiotique afin de potentiellement limiter les effets de sélection de bactéries résistantes lors d'un traitement par antibiotiques. Des porcs ont été traités avec des antibiotiques, un probiotique (*Pediococcus acidilactici* MA18/5M ; Biopower® PA), ou une combinaison des deux. Les résultats ont montré que les profils d'ARG différaient significativement entre les traitements probiotiques et ceux aux antibiotiques (*p* < 0,05), avec une plus grande présence de gènes de résistance aux macrolides dans les traitements antibiotique et combiné. L'ajout de probiotiques n'a montré aucun effet bénéfique lorsqu'ils sont administrés simultanément avec des antibiotiques. La deuxième stratégie est de réduire l'usage des antibiotiques tout en maintenant le traitement à une période critique, soit la période post-sevrage. Ainsi l'objectif était d'évaluer l'impact du traitement à la chlortétracycline lors de la période post-sevrage sur les microbiomes des carcasses et des longes de porc, ainsi que sur les ARG. Deux groupes de porcelets issus de deux maternités différentes ont été suivis, chaque groupe étant divisé en un groupe témoin et un groupe traité avec 660 g/tonne de chlortétracycline pendant 21 jours. Les porcelets ont été surveillés jusqu'à l'atteinte du poids d'abattage. Les microbiomes des carcasses différaient selon les maternités et les traitements, mais les microbiomes des longes, après traitement à l'abattoir, étaient constants et peu affectés par la chlortétracycline donnée en période post-sevrage. La troisième stratégie pour réduire les ARG dans la chaine de valeur du porc était l'ajout de probiotique à l'engraissement. L'objectif était de déterminer l'effet de la supplémentation en *Bacillus subtilis* et *Bacillus licheniformis* sur le microbiome et les ARG des carcasses et longes de porcs. Quatre cohortes de porcs provenant de la même ferme, avec un groupe témoin et un groupe traité avec des probiotiques, ont été suivies, un sous-semble contenant la deuxième et quatrième cohorte a été utilisé. Les microbiomes des carcasses et des longes étaient différents, le résistome des carcasses étant plus diversifié. Certaines bactéries de la famille des *Enterobacteriaceae* et certains ARG étaient moins abondants dans les microbiomes des longes des porcs traités aux probiotiques. Les fortes corrélations entre certains ARG et les *Enterobacteriaceae,* notamment les genres *Hafnia* et *Serratia*, suggèrent une réduction des genres porteurs d'ARG dans les groupes traités aux probiotiques. Ces résultats indiquent que la supplémentation en *Bacillus* pourrait exercer une influence bénéfique sur le résistome des longes de porc. / The growing global demand for pork is leading to intensive farming practices, which can favor the spread of infections among pigs. Although biosecurity measures are in place, the use of antibiotics remains sometimes necessary, which results in an increased risk of ermergence of antibiotic-resistant bacteria in farms, affecting both animals and the environment. This thesis analyzes the effect of various intervention strategies on farms against antibiotic resistance throughout the pig farming process, with a particular focus on the pig microbiome and its impact on the meat microbiome. The holistic "One Health" approach is crucial for addressing this public health issue. A collective action, combined with a judicious use of antibiotics and the development of innovative strategies, could help to reduce this phenomenon. First, to effectively study antibiotic resistance in the porcine intestinal microbiome, it is necessary to address a major challenge in the study of animal microbiomes, which is to develop methods that generate results accurately represent the microbial communities of interest. Rigorous sampling protocols are essential, but sample preservation can be complicated. A commercial fecal stabilizer was therefore tested to understand its effects on the metagenomic analyses of feces. The stabilization of pig fecal samples using a commercial stabilizer (PERFORMAbiome •GUT | PB-200, DNA Genotek) allowed for the acquisition of less degraded DNA. The taxonomic and functional profiles of the microbiome were also influenced by this stabilization. Furthermore, the quality of the DNA from the stabilized samples that were then frozen at -80°C was comparable to that of the samples stabilized while thawing. Addressing antibiotic resistance from a "One Health" perspective requires a thorough analysis of the microbiomes along the pork value chain, starting with the intestinal microbiome. The administration of antibiotics increases the abundance of antibiotic resistance genes (ARGs) in the intestinal microbiome of pigs. Thus, the first strategy studied is the addition of probiotics in order to potentially limit the selection effects of resistant bacteria during antibiotic treatment. Pigs were treated with antibiotics, a probiotic (*Pediococcus acidilactici* MA18/5M; Biopower® PA), or a combination of both. The results showed that the profiles of ARGs differed significantly between the probiotic treatments and those with antibiotics (*p* < 0.05), with a greater presence of macrolide resistance genes in the antibiotic and combined treatments. The addition of probiotics showed no beneficial effect when administered simultaneously with antibiotics. The second strategy is to reduce the use of antibiotics while maintaining treatment during a critical period, namely the post-weaning period. Thus, the objective was to assess the impact of chlortetracycline treatment during the post-weaning period on the microbiomes of pig carcasses and loins, as well as on the ARGs. Two groups of piglets from two different breeding facilities were monitored, with each group divided into a control group and a treated group receiving 660 g/ton of chlortetracycline for 21 days. The piglets were monitored until they reached slaughter weight. The microbiomes of the carcasses varied according to the maternities and treatments, but the microbiomes of the loins, after processing at the slaughterhouse, were consistent and minimally affected by the chlortetracycline treatment applied during the post-weaning period. The third strategy to reduce AMR in the pork value chain was the addition of probiotics during fattening. The objective was to determine the effect of supplementation with *Bacillus subtilis* and *Bacillus licheniformis* on the microbiome and ARGs of pig carcasses and loins. Four successive cohorts of pigs from the same farm, with a control group and a group treated with probiotics, were monitored, and a subset consisting of the second and fourth cohort was used for this study. The microbiomes of the carcasses and the loins showed differences, with the resistome of the carcasses being more diverse. Certain bacteria from the *Enterobacteriaceae* family and some ARGs were less abundant in the microbiomes of the loins of pigs treated with probiotics. The strong correlations between certain ARGs and bacterial taxa, particularly *Enterobacteriaceae,* notably *Serratia* and *Hafnia*, suggest a reduction of ARG-carrying genera in groups treated with probiotics. These results indicate that *Bacillus* supplementation could have a beneficial influence on the resistome of pork loins.

Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Au cours des dernières décennies, les produits laitiers riches en matières grasses ont été associés à une prise de poids et à des syndromes métaboliques générant une évaluation négative de la part des consommateurs. Cependant, des études scientifiques révèlent la présence de protéines laitières et leurs hydrolysats en peptides comme ingrédients alimentaires fonctionnels, favorables à la santé. Compte tenu des propriétés ambivalentes des produits laitiers riches en protéines hydrolysées et en gras dans l’alimentation humaine, des études scientifiques ont démontré que la composition du microbiote intestinal peut être est modulée par la présence et la disponibilité de nutriments et autres aliments fonctionnels et avoir un impact sur l’état physiologique de l’hôte. Ce projet de recherche visait à évaluer les effets de régimes alimentaires enrichi en produits laitiers riches en gras et en protéines lactiques sur la structure du microbiote intestinal associée à des paramètres cliniques de la lipidémie. Dans le cadre ces travaux des porcs ont été utilisés comme modèle animal pour caractériser l’impact des traitements alimentaires sur le microbiote de l’iléon, du côlon et des fèces en utilisant une approche métataxonomique avec un séquençage à haut débit Illumina MiSeq. Dans la première partie de ce projet, des porcs ont été nourris avec un régime alimentaire riche en gras animal (20%) et en fructose (HFF) ou un régime côntrole (LF) de base faible en gras (3%) pour établir un modèle porcin permettant l’étude du microbiote intestinal associé au développement de syndrome métabolique en lien avec l’obésité. Des échantillons de digesta provenant de l’iléon, du côlon et de matières fécales ont été prélevés à 12 semaines de traitement. Les ADN ont été extraits en utilisant une technique d’isolement et de purification d’ADN de haute qualité préalablement standardisée et rigoureusement établie et ensuite séquencés et une analyse bioinformatique des séquences a été générée à partir du logiciel QIIME v.1.9.1. Les profils des compositions des microbiotes intestinaux des groupes HFF et LF ont été caractérisés et groupés en unités taxonomiques opérationnelles (OTU) pour estimer les dissimilitudes de diversité alpha et bêta de manière statistique par la méthode discriminante LEfSe (score LDA significatif> 2,0). Selon les résultats statistiques de diversité du microbiote intestinal, le groupe HFF a montré une composition de dysbioses. Les genres Fusobacteria, Desulfovibrio et l’Anaerovibrio ont augmenté de façon significative (p <0,05) dans le groupe de porcs nourris au HFF. Fusobacteria est un puissant pathogène porteur de lipopolysaccharides (LPS), tandis que Desulfovibrio est un réducteur de sulfates et l’Anaerovibrio un genre de bactéries d’activité lipolytique. Ces profils métataxonomiques du microbiote ont aussi été liés III à l’augmentation des paramètres de lipidémie dans le sang périphérique. Ensuite, la composition bactérienne a aussi été déterminée par un qPCR spécifique afin de cibler des bactéries associées aux syndromes métaboliques. Ces résultats constituent une base de référence importante pour caractériser un régime obésogène associé à la dysbiose microbienne intestinale chez le porc. Dans la deuxième partie de ce projet, afin de valider les effets du régime riche en gras du lard sans fructose (HF), un deuxième essai a été réalisé. Dans cet essai, les résultats obtenus ont montré des profils de diversités alpha, bêta, qPCR et des distances significatives entre le traitement HF et le traitement témoin faible en gras. Cependant, les réponses de la lipidémie et le taux de LPS n’ont pas montré différence significative entre les traitements. Ces résultats montrent aussi que le régime alimentaire riche en gras animal peut modifier significativement les structures écologiques du microbiote sans entraîner nécessairement de changement physiologique chez l’hôte. Finalement, la troisième partie du projet visait à caractériser la composition du microbiote intestinal de porcs en croissance alimentés avec un régime de base sans protéines laitières et contenant 18 % de gras animal, un deuxième régime avec 8% de gras laitier (beurre) et à troisième régime enrichi en fromage cheddar. Ce dernier régime riche en peptides laitiers est hautement hydrolysé. L’analyse discriminante du LDA-LEfse et les mesures de la diversité alpha et bêta ont démontré un effet neutre sur le microbiote intestinal soumis au régime du cheddar. Cependant, des différences significatives sur les mesures de diversité ont été observées avec le traitement au beurre. L’augmentation de l’abondance relative des Enterobactériceae, Mogibacteriacea, Bifidobacterium pseudolongum, Paraprevotella, Phasolarctobacterium, Turicibacter, Clostridiaceae Akkermansia sp., Bacteroides sp., Lactobacillus reuteri et Ruminococcus a été constatée de façon significative dans le microbiote associé au traitement enrichi en beurre. De plus, l’augmentation significative d’Akkermansia et de Ruminococcus gnavus, suggère une modification du microbiote associé au traitement enrichi en beurre. Ces deux clades sont étroitement liés à la dégradation de la mucine, un indicateur de la santé de l’intégrité intestinale. Dans ce chapitre, le niveau taxonomique au moyen des oligotypes du genre d’Akkermansia chez le modèle porcin a été identifié pour décrire l’oligodiversité correspondante à ce taxon d’importance. Les résultats des oligotypes ont révélé neuf séquences d’oligotypes d’Akkermansia, dans les échantillons du côlon et des selles du groupe de porcs nourris avec le régime contenant du beurre. C’est la première fois qu’une telle profondeur d’analyse métataxonomique hautement discriminante a été réalisée chez IV un modèle porcin. Selon les résultats obtenus, le modèle porcin permet de caractériser le microbiote intestinal dans chaque section intestinale de façon discriminante, et cela, en raison de régimes alimentaires. Finalement, les régimes contenant du beurre comme source de gras laitier ou du fromage cheddar ont des effets convergents sur la relation hôte-microbiote et qui peuvent être observés distinctement à travers des structures microbiennes dans les sections intestinales. / In recent decades, dairy products have been associated with weight gain due to their high fat milk content, generating a negative consumer assessment. However, scientific studies revealed beneficial effects of dairy products such as cheese due to the presence of functional peptides produced from hydrolysis, as favorable ingredients for health. Nevertheless, several cheeses as cheddar contain a high concentration of dairy fat. Given the interest to know how the dairy products could affect the clinical physiology of host, studies about the gut microbiota structures has been proposed. However, controversial results from these studies have been obtained. This thesis aimed to evaluate the effects of butter and proteins hydrolysate from cheese on the structure of the gut microbiota associated with clinical parameters of lipidemia. The goal of this project was to characterize microbiota variations in the intestinal sections of the ileum, colon and fecal sample using a metataxonomic approach with Illumina MiSeq high-throughput sequencing. In the first part of this project, a porcine model was established to provide a model for the study of gut microbiota associated with obesity from fecal samples including ileum and colon. In the first part of this study, the approach of isolation and purification of high-quality DNA has been standardized and established. Subsequently, a bioinformatics pipeline was generated using QIIME v.1.9.1 open source software. Later, a trial was defined in pigs fed with lard-fructose (HFF). At 12 weeks of treatment, a dysbiosis process was associated with diet-induced changes estimated by a LEfse discriminant method (significant LDA score> 2.0), as well as alpha and beta diversity. The genus Fusobacteria, a potent pathogen carrying LPS, associated with sulfate-reducing bacteria such as Desulfovibrio and Anaerovibrio a genus of bacteria with lipolytic activity, showed a significant increase (p-value <0,05) of this model fed to HFF in pigs. These metataxonomic profiles of the pig gut microbiota have also been linked to an increase in lipidemia parameters in the peripheral blood. This microbiota composition was also profiled to metabolic syndromes by qPCR. These results constitute an important reference base for the characterization of an obesogenic diet associated with gut microbial dysbiosis. In order to validate the effects of the high-fat free-fructose (HF) diet, a second test was performed. In this trial, the results obtained showed an asymptomatic dysbiosis. Indeed, alpha and beta diversity profiles, in addition to qPCR profiling, showed significant distances between HF treatment and low-fat treatment control. However, the measure of lipidemia (cholesterol and triglycerides) and the level of LPS were irrelevant between treatments. These results showed that the high-fat diet can significantly alter the VI ecological structures of the microbiota without necessarily causing physiological changes in the host. Finally, the third part of the project, consisting in the characterization of the impact of diets with butter or cheddar cheese composed of highly hydrolyzed peptides, on the gut microbiota of pig model. The ileum, the colon, and the feces were sampled at 10 weeks. Measurements of the Bray-Curtis dissimilarity and Weighted-UniFrac phylogenetic distances, and the LDA-LEfse discriminatory analysis of the beta and alpha diversities demonstrated a neutral effect on the gut microbiota subjected to the cheddar diet, while significant dissimilarities were observed with the butter treatment. The abundance of Enterobacteriaceae, Mogibacteriaceae, Bifidobacterium pseudolongum, Paraprevotella, Phasolarctobacterium, Turicibacter, Clostridiaceae Akkermansia sp., Bacteroides sp., Lactobacillus reuteri, and Ruminococcus characterized the gut microbiota of the treatment with butter. The significant increase of Akkermansia and Ruminococcus gnavus in (two clades closely related to the degradation of mucin, which is a health indicator of intestinal integrity), suggest an alteration of the gut microbiota due to butter treatment, which could be proposed as biomarkers to comply with the control diet with lard-HF. We highlighted the identification of the taxonomic level by oligotypes of the genus Akkermansia in the pig model. This identification revealed nine signed-oligotypes from the Akkermansia taxon, in the colon and fecal samples of pigs fed butter. This was the first time that a highly discriminating depth of metataxonomic analysis was performed in the pig model. The pig as a model that allows the characterization of the gut microbiota affected by a dietary treatment. Finally, diets enriched with cheddar cheese and butter have convergent effects on the host-microbiota relationship and can be observed distinctly through microbial structures in the intestinal sections.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017 / L'obésité et son large spectre de maladies associées ont atteint des proportions pandémiques inquiétantes, soulignant la nécessité d’identifier des stratégies alternatives afin de lutter contre ce problème. À ce titre, les régimes riches en fruits et légumes représentent des déterminants bien établis d'une incidence plus faible de ces désordres métabolique. Grandement soutenus par des évidences épidémiologiques reliant les régimes riches en polyphénols et un meilleur état de santé, des efforts considérables ont été déployés afin d’étudier les bienfaits de ces métabolites secondaires des plantes. Malgré tout, les mécanismes par lesquels ces phytoéléments améliorent la santé métabolique demeurent encore mal compris, ce qui en justifie une étude plus approfondie. D’autre part, de plus en plus d’évidences indiquent que les bactéries intestinales exercent un important contrôle sur des aspects clés du métabolisme, et on comprend aujourd’hui que plusieurs phytoéléments de baies ont une biodisponibilité limitée, atteignant ainsi le colon qui abrite la plus vaste part du microbiote intestinal. Le travail présenté dans cette thèse vise donc à étudier l’impact de phytoéléments de baies sur le syndrome métabolique de souris soumises à une diète obèsogène et d’en comprendre le rôle du microbiote intestinal dans ces effets. En traitant quotidiennement ces animaux avec des extraits riches en polyphénols d'une gamme de baies aux compositions polyphénoliques variées, nous avons montré que les extraits les plus bioactifs (c.- à-d., canneberge, cloudberry, alpine bearberry, lingonberry et camu camu) partagent la capacité de diminuer l'inflammation intestinale, l’entotoxémie métabolique, la stéatose hépatique et la résistance à l'insuline. L'analyse des populations microbiennes fécales par séquençage du gène 16S ARNr a révélé que l'état métabolique amélioré lié à l'administration de ces extraits était associé à un remodelage draconien du microbiote intestinal, marqué par une expansion d'Akkermansia muciniphila. Cette bactérie intestinale est fortement associée à un faible niveau d’adiposité chez l’humain et son administration à des souris obèses a été montrée suffisante pour renverser le syndrome métabolique. Par ailleurs, les résultats présentés dans cette thèse suggèrent que les polymères de polyphénols, à savoir les proanthocyanidines et les ellagitannins, pourraient bien être des iv molécules clés dans les effets bénéfiques observés, ouvrant la voie à plus de recherche en ce sens. L’ingestion régulière de ces polyphénols par la consommation de canneberges, de cloudberry, d'alpine bearberry, de lingonberry et de camu camu représentent donc une stratégie efficace pour la prévention de désordres métaboliques associés à l’obésité. Cet ouvrage ouvre ainsi à de nouveaux concepts mécanistiques, ciblant l’axe intestin-foie et le microbiote intestinal pour expliquer les effets bénéfiques des polyphénols sur la santé métabolique. / Obesity and its wide spectrum of associated diseases have reached worrisome pandemic proportions, underscoring the need for alternative strategies to fight this problem. Plant-rich diets are well-established determinants of a lower incidence of obesity-related diseases, and fruits are important components of these diets. Supported by strong epidemiological evidence linking polyphenol-rich diets and better health status, research has been focused on the potential health effects of these plant secondary metabolites, albeit the mechanisms by which these poorly bioavailable phytonutrients improve metabolic health remains are not yet fully understood. Since there is compelling evidence for a relationship between host metabolic control and the gut microbiota, the work presented in this thesis aimed to investigate the impact of polyphenol-rich berry extracts on features of the metabolic syndrome in diet-induced obese mice. The work presented in this thesis also focuses on the relationship between putative gut microbial alterations driven by dietary polyphenols and its relevance to host metabolism. By daily treating dietinduced obese mice with polyphenol-rich extracts of a wide range of berries (with varied polyphenolic concentration and composition) we demonstrated that the most bioactive extracts (i.e., cranberry, cloudberry, alpine bearberry, lingonberry and camu camu) shared in common the ability to dampen intestinal inflammation and bacterial lipopolysaccharide leakage to systemic circulation, findings associated with reduced hepatic steatosis and improved insulin resistance. 16S rRNA genebased analysis of fecal DNA revealed that the improved metabolic status linked to the administration of these polyphenolic extracts was associated with a drastic gut microbial remodeling, marked by a consistent bloom of Akkermansia muciniphila. This gut bacterium is strongly associated with leanness in humans and its administration to obese mice reversed features of the metabolic syndrome. The findings presented in this thesis suggest that polymers of polyphenols, namely proanthocyanidins and ellagitannins, may have a superior impact on the gut-liver homeostasis, supporting further research on these particular classes of phenolic phytonutrients. While bringing evidence that substantiate the regular consumption of sources of proanthocyanidins and ellagitannins as a strategy to prevent prevalent chronic diseases associated with obesity, this work provides novel mechanistic insights pointing to the gut-liver axis and the gut microbiota as primary targets of dietary polyphenols in order to improve metabolic health.

Le microbiote intestinal joue un rôle important dans la santé de son hôte. Les bactéries qui le composent vont agir à différents niveaux, comme celui de la digestion, du métabolisme, de l'immunité ou du cerveau. Ces bactéries vont former un réseau équilibré qui est nécessaire pour le maintien de notre santé. Cependant, des facteurs externes tels que la diète, la prise de médicaments, l'environnement et le stress peuvent grandement influencer cet équilibre et altérer la composition du microbiote intestinal. De plus, ces perturbations peuvent engendrer un stress oxydatif et provoquer encore plus de dommages, notamment à notre cerveau. Afin d'étudier ces variations, deux outils génétiques ont été développés pour le modèle du poisson-zèbre. Le premier outil consiste en un système CRISPR-dCas9 photoactivable à la lumière bleue ayant pour but de contrôler les populations microbiennes de l'intestin d'une larve (transparente) de poisson-zèbre à l'aide de la lumière. La preuve de concept a été réalisée avec Escherichia coli. Le deuxième outil consiste en un senseur de peroxyde d'hydrogène ciblé aux mitochondries des cellules épithéliales de l'intestin. Cet outil vise à mesurer les niveaux de peroxyde d'hydrogène, un dérivé réactif de l'oxygène menant à la production de stress oxydatif. Ultérieurement, cet outil sera exploité afin de générer une lignée transgénique de poisson-zèbre exprimant ce senseur. Il sera également possible d'utiliser en parallèle le système CRISPR-dCas9 photoactivable afin de faire des liens entre les perturbations du microbiote intestinal et le stress oxydatif produit par le peroxyde d'hydrogène dans l'intestin de la larve de poisson-zèbre. Finalement, des liens entre ces effets et le développement du cerveau pourront être établis. / The intestinal microbiota plays an important role in the health of its host. The bacteria that compose it will act at different levels, such as digestion, metabolism, immunity, or the brain. These bacteria will form a balanced network that is key for the maintenance of our health. However, external factors such as diet, drugs, environment, and stress can greatly influence this balance and alter the composition of the intestinal microbiota. Moreover, these disturbances can lead to oxidative stress and cause further damage, especially to our brain. To study these variations, two genetic tools were developed to use in the zebrafish larva model. The first tool is a blue-light photoactivatable CRISPR-dCas9 system to control the gut microbiota using light. The proof of concept has been realized with Escherichia coli. The second tool consists of a hydrogen peroxide sensor targeted to the mitochondria of intestinal epithelial cells. This tool aims to measure the levels of hydrogen peroxide, a reactive oxygen derivative leading to the production of oxidative stress. Later, this tool will be used to generate a transgenic line of zebrafish expressing this sensor. It will also be possible to use in parallel the photoactivatable CRISPR-dCas9 system to make links between the disturbances of the intestinal microbiota and the oxidative stress produced by hydrogen peroxide in the larval zebrafish gut. Finally, links between these effects and the brain development will be further studied.

De 1956 à 1986, l'utilisation des glycopeptides en thérapeutique infectieuse a été marquée par de francs succès dans le traitement des infections graves dues à des bactéries à Gram positif. La vancomycine et la téicoplanine sont des antibiotiques de grande importance thérapeutique utilisés à travers le monde pour traiter les infections graves dues aux staphylocoques, aux entérocoques, aux streptocoques et à Clostridium difficile à cause de la résistance de ces bactéries à d'autres antibiotiques. Malheureusement, depuis 1986, on a assisté à l'émergence et la dissémination de la résistance aux glycopeptides chez un grand nombre d'espèces pathogènes telles que les entérocoques et plus récemment Staphylococcus aureus résistant à la méticilline. Dans ce contexte de dissémination de la résistance aux glycopeptides, mon projet de doctorat fournit d'importantes données grâce à la mise en évidence d'un réservoir des gènes vanB, vanD et vanG dans la flore intestinale humaine. Nous avons caractérisé pour la première fois plusieurs allèles du gène vanG dans la flore humaine. Puis, nous avons isolé et caractérisé deux nouvelles espèces bactériennes anaérobies résistantes aux glycopeptides. Les analyses phylogénétiques ont montré que ces nouvelles espèces appartiennent au groupe phylogénétique XlVa des Clostridium. La première espèce a été nommée Clostridium lavalense sp. nov. CCRI-9842T . Cette souche est résistante à la vancomycine du fait de la présence du locus vanB2 porté par le transposon Tn5382. La deuxième espèce isolée a été nommée Ruminococcus gauvreaui sp. nov. CCRI-161101 . Cette souche est résistante à la vancomycine et à la téicoplanine et contient le locus vanD qui confère la résistance aux glycopeptides ainsi qu'un locus apparenté au locus vanG décrit chez les ERG. Il s'agit de la première description du locus vanD de résistance aux glycopeptides dans une espèce autre que les entérocoques habituellement connus comme réservoir de ce locus de résistance. De plus, un nouvel allèle du gène vanG a été caractérisé dans la souche R. gauvreaui CCRI-16110'. Ainsi les résultats de nos travaux ont permis de montrer que le tube digestif humain représente un important réservoir des gènes de résistance aux glycopeptides qui sont parfois présents dans des espèces bactériennes encore inconnues du tube digestif. Ces nouvelles données vont permettre de mieux adapter les outils de contrôle des infections dues à des bactéries résistantes aux glycopeptides. / From 1956 to 1986, glycopeptide use in infectious disease therapy was marked by astounding success for the treatment of serious Gram-positive bacterial infections. Vancomycin and teicoplanin are considered as the last resort glycopeptide antibiotics presently in use for the treatment of serious Staphylococcus spp., Enterococcus spp., Streptococcus spp. and Clostridium difficile drug-resistant infections. Unfortunately, the last twenty years have seen the emergence and dissemination of glycopeptide-resistant pathogenic strains such as methicillin-resistant Enterococcus spp. and, more recently, methicillin-resistant Staphylococcus aureus. In this context of glycopeptide resistance dissemination, my thesis serves as an important contribution through the identification of vanB, vanD and vanG reservoir genes in the human intestinal flora. We have, for the first time, characterized several alleles of the vanG gene in the human flora and have isolated and characterized two new anaerobic glycopeptide-resistant bacterial strains. Phylogenetic analyses have shown that these new strains belong to the Clostridium XlVa phylogenetic group. The first strain was named Clostridium lavalense sp. nov. CCRI-98421 . This strain is resistant to vancomycin, due to the presence of the vanB2 locus carried by Tn5382/1549 transposon. The second strain was named Ruminococcus gauvreaui sp. nov. CCRI-16110r and is resistant to vancomycin and teicoplanin. Ruminococcus gauvreaui CCRI-161101 contains the vanD locus, which confers glycopeptide resistance in enterococci, along with a vanG-like locus described for vancomycin-resistant Enterococcus. This is the first description of a glycopeptide resistance vanD locus in a non-Enterococcus strain, the usual vanD locus reservoir. In addition, a new allele of the vanG gene was characterized in the R. gauvreaui CCRI-16110T strain. Therefore, our results demonstrate that the human digestive tract represents an important reservoir of glycopeptide resistance genes, present in yet-to-be-described intestinal bacterial strains. These data will allow the fine tuning of infection control tools against glycopeptide-resistant bacteria.

La microcine J25 (MccJ25), une bactériocine en forme de lasso synthétisée par Escherichia coli et ayant une activité inhibitrice contre Salmonella, a été produite et purifiée d’un surnageant d’E. coli pTUC202. La stabilité et l’activité biologique de cette bactériocine au niveau gastro-intestinal, ainsi que son impact sur l’équilibre du microbiote colique, ont été étudiés à l’aide d’un système de fermentation en continu avec cellules immobilisées reproduisant les conditions physiologiques et microbiologiques du côlon. L’analyse par qPCR du microbiote colique n’a révélé aucun effet significatif sur l’équilibre du microbiote de la MccJ25 lorsqu’elle est ajoutée à 0,4, 2 et 5 μM. Des tests d’activité antibactérienne ont démontré que la MccJ25 reste active contre Salmonella enteritidis dans les conditions coliques testées. Ces résultats suggèrent un fort potentiel d’utilisation de la MccJ25 comme alternative aux antibiotiques aussi bien chez l’animal que chez l’humain. / Microcin J25 (MccJ25) is a lasso-shaped bacteriocin with an antibacterial activity against Salmonella. This bacteriocin was produced and purified from the supernatant of Escherichia coli pTUC202. Its stability and biological activity in the gastrointestinal tract as well as its impact on the colonic microbiota equilibrium were studied using a continuous fermentation system with immobilized fecal microbiota simulating the physiological and microbiological conditions of the colon. Analysis of colonic microbiota by qPCR revealed no significant effect of MccJ25 on microbiota equilibrium at concentrations of 0.4, 2 et 5 μM. Antibacterial activity assays demonstrated that MccJ25 remains active against Salmonella enteritidis in the tested colonic conditions. These results are highly promising for the use of MccJ25 as an alternative to antibiotics in animals as well as in humans.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / L'obésité est une maladie complexe qui cause de nombreux troubles physiopathologiques. La chirurgie bariatrique représente le meilleur traitement connu à ce jour contre l'obésité sévère. Parmi les chirurgies, celles dites hypoabsorptives telles que la dérivation gastrique Roux-en-Y (RYGB), la dérivation biliopancréatique avec commutation duodénale (BPD-DS), la dérivation duodéno-iléale simple avec gastrectomie verticale (SADI-S) sont les plus efficaces. Cependant les mécanismes impliqués dans les bénéfices métaboliques et la perte de poids à la suite de ces chirurgies restent mal compris. Le but de ce travail était d'approfondir la compréhension des mécanismes en nous focalisant sur (1) les rôles clés de certains acteurs intestinaux et moléculaires que sont le microbiote intestinal et ses produits dérivés tels que les acides gras à chaînes courtes (AGCC) et à chaînes ramifiées (AGCR) et (2) les liens entre les changements du microbiote intestinal et de l'endocannabinoïdome (eCBome). Des rats Wistar mâles nourris soit avec un régime standard de moulée de laboratoire, soit avec un régime riche en graisse ont été utilisés. Le poids corporel, la prise alimentaire, les niveaux de glucose, d'insuline et des hormones gastro-intestinales, glucagon-like peptide-1 (GLP-1) et peptide tyrosine tyrosine (PYY) ont été mesurés. La composition du microbiote intestinal ainsi que le contenu fécal et cécal en acides gras AGCC/R ont été étudiés avant et après les chirurgies. Les concentrations des médiateurs de l'eCBome ainsi que l'expression des gènes de l'eCBome ont été mesurées dans les différentes régions de l'intestin grêle. Comparées à la chirurgie restrictive gastrectomie verticale (SG), les chirurgies RYGB, BPD-DS, SADI-S ont entraîné une diminution du poids corporel, de la masse adipeuse, une amélioration du métabolisme du glucose et une augmentation des hormones GLP-1 et PYY. Ces effets étaient associés à des altérations du microbiote intestinal à la fois dans les fèces et dans les anses intestinales des rats nourris avec un régime standard ou avec un régime riche en graisse. Dans le premier cas, sous un régime riche en fibre et faible en graisse, nous avons observé une augmentation des proportions des bactéries du genre Bifidobacterium et une baisse des proportions des Clostridiaceae et des Peptostreptococcaceae. Dans le second cas, sous un régime riche en graisse, nous avons observé une hausse de l'abondance des Enterobacteriaceae, Sutterella et Clostridium. Ces changements dans la composition bactérienne de l'intestin ont donné lieu à une hausse de la production de propionate, butyrate, isobutyrate et isovalérate, laquelle fut associée à une augmentation de la sécrétion de PYY et aux effets métaboliques bénéfiques des chirurgies. D'autre part, les changements du microbiote intestinal étaient associés à des altérations des niveaux des médiateurs de l'eCBome qui, tous deux étaient corrélés aux améliorations des chirurgies BPD-DS et SADI-S. Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent un rôle clé du microbiote intestinal, des acides gras à chaîne courte et ramifiée et des médiateurs de l'eCBome tels que l'oleoyléthanolamide (OEA) dans les bénéfices des chirurgies hypoabsorptives. / Obesity is a complex disease that causes many pathophysiological disorders. Bariatric surgery represents the best treatment for severe obesity. Among the obesity surgeries, the hypoabsorptive ones, namely Roux-en-Y gastric bypass (RYGB), biliopancreatic diversion with duodenal switch (BPD-DS), single-anastomosis duodeno-ileal bypass with sleeve gastrectomy (SADI-S) are the most effective. However, the mechanisms involved in the metabolic benefits and weight loss following these surgeries remain poorly understood. The aim of this work was to further delineate the mechanisms where by hypoabsorptive bariatric procedures affect energy homeostasis by focusing on (1) the roles of intestinal and molecular players, namely the gut microbiota, its derivated products, including short-chain and branched-chain fatty acids (SCFAs and BCFAs), and (2) the links between changes in the gut microbiota and the eCBome. Male Wistar rats were fed either low-fat or high-fat diets. Body weight, food intake, glucose and insulin levels, gastrointestinal hormones, glucagon-like peptide-1 (GLP-1) and peptide tyrosine tyrosine (PYY) were measured. The composition of the intestinal microbiota as well as the fecal and cecal contents of B/SCFAs were studied before and after the surgeries. The concentrations of eCBome mediators as well as the expression of the eCBome genes were measured in the different regions of the small intestine. Compared to the vertical sleeve gastrectomy (SG), RYGB, BPD-DS, SADI-S surgeries resulted in decreased body weight and fat mass, improved glucose metabolism and increased GLP-1 and PYY hormones. These effects were associated with alterations in the gut microbiota in the feces and in the small intestines of rats fed low-fat diet or high-fat diet. In the former, we observed an increase in the proportions of bacteria of the genus Bifidobacterium and a decrease in the proportions of Clostridiaceae and Peptostreptococcaceae. In the latter, we observed an increase in the abundance of Enterobacteriaceae, Sutterella and Clostridium. These changes in the bacterial composition of the gut resulted in increased production of propionate, butyrate, isobutyrate and isovalerate, which were associated with an increased PYY secretion and the beneficial metabolic effects of surgery. Notably, changes in the gut microbiota were associated with altered levels of eCBome mediators, and both were correlated with metabolic improvements of the BPD-DS and SADI-S surgeries Overall, our results suggest a key role of the gut microbiota, SCFAs and BCFAs, and eCBome mediators such as oleoylethanolamide (OEA) in the benefits of hypoabsorptive surgeries

L'obésité est une maladie associée à de nombreux désordres métaboliques tels que le diabète de type 2, la dyslipidémie, les maladies hépatiques et cardiovasculaires ainsi que la dysbiose intestinale. L'ensemble de ces désordres peut fortement affecter la qualité et l'espérance de vie des individus qui en sont atteints. À l'heure actuelle, l'augmentation dramatique du nombre de personnes touchées par l'obésité démontre notre inefficacité à prévenir et combattre ces troubles par la pharmacopée. La mise en marché par l'industrie de diètes prétendues miraculeuses se traduit la plupart du temps en une prise de poids et des altérations métaboliques à long terme chez ceux qui en font usage. À cela, s'ajoute l'environnement obésogène dans lequel nous évoluons qui contribue à alimenter cette problématique. Il est donc primordial de trouver des stratégies alternatives ou complémentaires pour améliorer la santé de nos populations. Dans les dernières années, le microbiote intestinal qui représente l'ensemble des microorganismes peuplant le tube digestif est apparu comme une cible d'intervention potentielle pour combattre l'obésité et ses désordres métaboliques. De nombreuses évidences ont démontré la capacité du microbiote intestinal de contribuer à notre propension à développer, ou à être protégé, contre l'obésité et les désordres associés. La majorité des polyphénols provenant de fruits qui font notamment partie d'une saine alimentation ne sont pas absorbés au niveau du petit intestin permettant ainsi leur contact direct avec l'importante charge bactérienne peuplant le tube digestif inférieur de l'hôte. Par conséquent, de nombreux effets métaboliques désirables sont générés grâce à ces multiples interactions. Dans cette thèse, nous avons d'abord évalué l'effet préventif de diverses fractions d'extraits polyphénoliques de fruits sur le développement de désordres métaboliques associés à l'obésité. Nos données suggèrent que les proanthocyanidines (PAC) présents dans les bleuets sauvages sont impliqués dans les effets bénéfiques de ce petit fruit. En effet, nous avons observé, chez les souris soumises à une diète obésogène recevant les PAC de bleuets sauvages, une amélioration de la tolérance au glucose, une restauration partielle de l'intégrité de la paroi de l'épithélium intestinale et des changements dans la composition du microbiote intestinal. Nous avons ensuite étudié l'effet de l'environnement sur le développement d'un phénotype métabolique associé à une diète obésogène et la colonisation du microbiote intestinal dans divers contextes. Dans un premier temps, nous avons démontré que l'environnement postnatal prédomine sur l'environnement prénatal afin de déterminer le risque de développer des désordres métaboliques à l'âge adulte, et ce, en utilisant une technique d'adoption croisée. Il est intéressant de constater que les effets observés en période postnatale étaient fortement dépendants du sexe de l'animal. Cet important dysmorphisme sexuel nous a également permis de souligner l'importance d'évaluer l'effet d'une intervention nutritionnelle autant chez les mâles que chez les femelles lors de l'utilisation de modèles animaux. Dans un deuxième temps, l'hébergement de souris axéniques colonisées avec le contenu fécal de souris donneuses soumises à une diète obésogène et traitées avec des PAC de canneberge dans deux environnements distincts (SPF vs GF) a révélé l'importance de ces derniers. En effet, nous avons observé une exacerbation de l'accumulation de triglycérides au foie associée à une diète obésogène chez les souris hébergées dans le secteur SPF tandis que les souris hébergées dans le secteur GF présentaient des améliorations de ce paramètre par rapport à leur groupe contrôle, et ce, même si les souris étaient colonisées avec le même contenu fécal. Nos résultats suggèrent ainsi que l'environnement externe exerce une forte pression sur le microbiote intestinal et est capable d'influencer le développement d'un phénotype métabolique associé à la transplantation d'un même contenu fécal. Ces résultats mettent également en évidence l'importance de standardiser l'utilisation de technique de transfert du microbiote intestinal dans des modèles de souris axéniques afin d'assurer la reproductibilité des résultats en recherche fondamentale. / Obesity is associated with several metabolic disorders such as type 2 diabetes, dyslipidemia, liver and cardiovascular diseases as well as intestinal dysbiosis who strongly affect life expectancy of individuals suffering from them. The dramatic increase of people with obesity demonstrates our inability to prevent and treat these disorders through pharmacopoeia. The use of so-called miracle diets promoted by the industry often results in weight gain and long-term metabolic alterations in individuals. In addition, the obesogenic environment in which we evolve contributes to forge this issue. It is therefore essential to find alternative or complementary strategies to improve the health of our populations. In recent years, the intestinal microbiota, which represents all microorganisms that inhabit the digestive tract, has emerged as a potential target to prevent and treat obesity-associated metabolic disorders. Many evidence have demonstrated the contribution of the intestinal microbiota to our susceptibility to develop, or to be protected, against obesity-associated disorders. Polyphenols, which are part of a healthy eating, are not absorbed in the upper part of the intestine allowing their direct contact with the host and intestinal bacteria. Many desirable metabolic effects are generated due to these multiple interactions. In this thesis, we first evaluated the preventive effect of different fractions of fruit polyphenolic extracts on the development of obesity-associated metabolic disorders. Our results suggest that proanthocyanidins (PAC) present in wild blueberries are responsible for the beneficial effects of this small fruit. Indeed, we observed in mice submitted to an obesogenic diet receiving wild blueberry PAC an improved glucose tolerance, a partial restoration of the intestinal epithelium integrity and changes of the intestinal microbiota composition. We then studied the effect of the environment on the development of a metabolic phenotype associated with an obesogenic diet and the colonization of the intestinal microbiota in various contexts. We first demonstrated using a cross-fostering technique that postnatal environment can over ride prenatal environment in determining the risk of developing metabolic disorders in adulthood. Interestingly, the effects observed in the postnatal period were highly dependent on the sex of the mice. This strong sexual dysmorphisme observed highlighted the importance of assessing the effect of a nutritional intervention in both males and females when using animal models. In another study, housing axenic mice colonized with the fecal content of donor mice subjected to an HFHS diet and treated with cranberry PAC in two distinct environments (SPF vs GF) revealed the importance of the latter. We observed an exacerbated liver triglyceride accumulation associated with the consumption of an HFHS diet in gnotobiotic mice housed in the SPF sector while mice housed in the GF sector showed reduced liver triglycerides compared to the HFHS-fed control group. These effects were observed even though mice from each group were colonized with the same fecal content. Our results suggest that the environment exerts a strong pressure on the gut microbiota and can influence the development of a metabolic phenotype associated with the transplantation of the same fecal content. These results also highlight the importance of standardizing the use of gnotobiotic mice models to ensure reproducibility of research results.

La dysbiose du microbiote intestinal est associée à divers problèmes de santé tels que l'obésité, le diabète, les allergies et les maladies inflammatoires de l'intestin. L'équilibre des communautés microbiennes du microbiote intestinal est d'autant plus important en début de vie et il a été démontré qu'une dysbiose à cette étape du développement peut causer des problèmes de santé à long terme. Les virus qui sont présents dans le tractus digestif sont de plus en plus étudiés et certaines compositions de virome intestinal ont déjà été associés à des pathologies. Les bactériophages représentent la majorité du virome intestinal humain et ceux-ci interagissent avec les communautés bactériennes colonisant l'intestin. Pourtant la fraction virale est souvent mise de côté lors des études portant sur le microbiote intestinal. Le poisson-zèbre (*Danio rerio*) est un animal modèle répandu en recherche et une alternative intéressante aux modèles mammifères pour étudier le microbiome intestinal. Les bactéries colonisant l'intestin des larves du poisson zèbre ont déjà été étudiées, mais ce n'est pas le cas des virus. Ainsi, l'objectif principal de ce projet consistait à développer un protocole pour extraire et analyser le virome intestinal des larves de poisson-zèbre. L'analyse bio-informatique des échantillons a aussi été limitée dû à la qualité des jeux de données produits. Toutefois, un premier aperçu du virome intestinal des larves de poisson-zèbre a tout de même été produit. Tout comme l'humain, le virome intestinal des larves semblent contenir une majorité de phages (*Caudoviricetes*). Une différence a aussi été observée entre les œufs provenant de deux établissements producteurs de poisson-zèbre, mais ces résultats restent à être confirmés dans de prochaines études. / The dysbiosis of the gut microbiota is associated with many diseases including obesity, diabetes, allergies, and inflammatory bowel diseases. The balance of microbial communities in the gut is even more important in early life as it has been shown to have an impact on the future health of the host. The viruses that are present in the digestive tract are increasingly being studied and some viromes have been already linked to diseases. Many of the viruses found in the gut virome are bacteriophages interacting with the bacterial communities colonizing the gut. This viral fraction is often omitted in studies investigating the gut microbiota. The zebrafish (*Danio rerio*) is an animal model that is widespread in research and is an interesting alternative to mammalian models to study the gut microbiome. The bacteria colonizing the gut of the zebrafish have already been studied but not the viruses. Therefore, the main goal of this study is to develop a protocol to extract and analyze the gut virome of the zebrafish larvae. A viral nucleic acid extraction protocol was first developed using the siphophage p2, which infects *Lactococcus lactis*, as a positive control. Although effective, this protocol can still be optimized to reduce the high levels of bacterial and host DNA contamination. While the bioinformatic analyses were limited by the quality of the data, they provided an initial insight into the gut virome of zebrafish larvae. Like humans, the gut virome of the zebrafish larvae appears to contain many phages (*Caudoviricetes*). A difference was observed between eggs from two different zebrafish facilities, but these results need to be confirmed by additional studies.