Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2009. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

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

La période des 1000 premiers jours de vie constitue une fenêtre de sensibilité au cours de laquelle l’environnement peut moduler le développement du foetus et du nourrisson, et conditionner la santé tout au long de la vie. Les conséquences à long terme de l’environnement périnatal sur le risque de maladies intestinales sont toutefois encore peu connues. L’objectif de ce travail était de montrer l’impact de l’environnement nutritionnel précoce sur la maturation intestinale et la santé intestinale à long terme.Un retard de croissance postnatal (RCPN) était induit chez la souris FVB/NRj par augmentation de la taille des portées. Le RCPN était responsable d’un retard de maturation de l’intestin chez la souris au sevrage, en particulier de la barrière intestinale, caractérisé par une augmentation de la perméabilité intestinale, concomitante d’une désorganisation des protéines des jonctions serrées. Le microbiote intestinal était moins riche en espèces bactériennes chez la souris au sevrage en cas de RCPN et sa composition était différente, avec en particulier une proportion anormalement élevée de Parabacteroides spp, Enterococcus spp, Erysipelatoclostridium spp, Eubacterium coprostanoligenes spp, Staphylococcus spp, et Escherichia-Shigella spp, et une plus faible proportion d’espèces productrices de butyrate. L’absence de barrière intestinale efficace et la dysbiose induites par le RCPN, étaient associées à une altération de la réponse inflammatoire de l’intestin à l’âge adulte, caractérisée par une augmentation des réponses immunitaires Th1, Th17 et Treg et une plus grande susceptibilité à la colite chimiquement induite.Ce travail démontre l’importance de l’environnement nutritionnel précoce dans la programmation de la santé intestinale au cours de la vie, et conforte l’hypothèse d’une origine développementale des maladies intestinales chroniques. / The first thousand days of life are a critical time for the development of both the fetus and the infant, and can modify the risk profile for diseases in later life. However, the longterm consequences of the perinatal environment on the susceptibility to intestinal disorders have not yet been assessed. The aim of the present study was to investigate the impact of the early nutritional environment on intestinal maturation and gut health in later life.Postnatal growth restriction (PNGR) was induced in FVB/NRj mice during the suckling period by adjusting the litter size. PNGR delayed intestinal maturation in pups at weaning. PNGR was associated with a maturation delay of the intestinal barrier, characterized by an increased intestinal permeability and impaired tight junctions. At the same time, PNGR affected gut bacterial colonization. Pups with PNGR harbored a decreased bacterial diversity, higher Parabacteroides spp, Enterococcus spp, Erysipelatoclostridium spp, Eubacterium coprostanoligenes spp, Staphylococcus spp, and Escherichia-Shigella spp, and lower butyrate producers. The lack of an efficient intestinal barrier and the dysbiosis induced by PNGR were associated with an altered intestinal inflammatory response in adult mice, characterized by an increase of Th1, Th17 and Treg immune responses, and a higher susceptibility to chemically induced colitis.Our data emphasize the importance of the early nutritional environment in programming of gut health in later life, and support the hypothesis of the developmental origin of chronic intestinal disorders.

L'alimentation influence considérablement le microbiote intestinal. Les régimes obésogènes augmentent les bactéries opportunistes, diminuent la diversité bactérienne et perturbent la barrière intestinale, entraînant des réponses inflammatoires dues aux endotoxines. Maintenir l'équilibre du microbiote est vital pour la santé. Les prébiotiques, notamment les oligosaccharides non digestibles et de nouveaux composés comme les polyphénols et les fructooligossacharides de l'*Agave tequilana* (agavines), sont essentiels pour réguler le microbiote. Ainsi, ce projet avait pour objectif principal d'évaluer l'impact de la consommation de polyphénols de canneberge, des agavines et de leur combinaison sur l'inflammation de bas grade et l'endotoxémie métabolique dans un contexte du risque cardiométabolique, tout en explorant leur impact sur la fonction de la barrière intestinale et le microbiote intestinal. Le premier volet du projet, une étude chez des souris nourries à une diète obésogène a révélé que la supplémentation orale en polyphénols de canneberge et en agavines améliore la réponse immunitaire intestinale, la composition du microbiote, la fonction barrière intestinale, l'inflammation et le métabolisme du glucose chez les souris supplémentées aux composés bioactifs. En revanche, une étude clinique menée sur des adultes à risque cardiométabolique n'a pas démontré de modifications significatives des marqueurs de glucose, de l'inflammation de bas grade, de l'endotoxémie métabolique ou du microbiote lors de la comparaison des groupes supplémentés aux différents composés bioactifs. Néanmoins, deux réponses distinctes à la supplémentation ont été observées en classant les participants en deux groupes différents (M1 et M2) selon leurs profils d'acides gras volatils fécaux et de la composition de leur microbiote. Plus particulièrement, le groupe M1 a présenté une augmentation des acides gras à chaîne courte (AGCC) accompagnée d'une diminution des acides gras à chaîne branchée (AGCB) après l'intervention par rapport au groupe M2. Quant au microbiote, le groupe M1 a montré des niveaux nettement plus élevés de *Bacteroides* et de *Ruminococcus* avant l'intervention par rapport groupe M2. Après l'intervention, ce deuxième groupe a été le seul à enregistrer des augmentations significatives de certaines bactéries intestinales, telles que *Bacteroides uniformis*, *Lachnospira NK4A136*, *Oscillibacter* et *Parabacteroides merdae*. Cette étude souligne l'importance de la variabilité individuelle dans la réponse à la supplémentation en polyphénols de canneberges, agavins et leur combinaison. Cela indique que la prise en compte de l'hétérogénéité de la réponse à un traitement est essentielle pour mettre en évidence les effets des interventions nutritionnelles. / Diet significantly influences the intestinal microbiota. Obesogenic diets increase opportunistic bacteria, reduce bacterial diversity, and disrupt the intestinal barrier, leading to inflammatory responses caused by endotoxins. Maintaining the balance of the microbiota is crucial for health. Prebiotics, including non-digestible oligosaccharides and emerging compounds such as polyphenols and fructooligosaccharides from *Agave tequilana* (agavins), are essential for regulating the microbiota. Thus, the primary aim of this project was to evaluate the impact of cranberry polyphenols, agavins, and their combination on low-grade inflammation and metabolic endotoxemia in the context of cardiovascular risk, while exploring their influence on intestinal barrier function and the intestinal microbiota. The initial phase of the project, involving a study on mice fed an obesogenic diet, revealed that oral supplementation of cranberry polyphenols and agavins improved intestinal immune response, microbiota composition, intestinal barrier function, inflammation, and glucose metabolism in mice supplemented with the tested bioactive compounds. However, a clinical study conducted on adults predisposed to metabolic syndrome did not demonstrate significant modifications in glucose markers, low-grade inflammation, metabolic endotoxemia, or microbiota within the entire study cohort. Nevertheless, two distinct responses to supplementation were observed when categorizing participants into two different profiles based on their fecal volatile fatty acid profiles and microbiota composition (M1 and M2). Specifically, the M1 sub-group showed an increase in short-chain fatty acids (SCFA) accompanied by a decrease in branched-chain fatty acids (BCFA) post-intervention compared to M2 sub-group. Regarding the microbiota, the M1 sub-group exhibited markedly higher levels of *Bacteroides* and *Ruminococcus* before the intervention compared to the M2 sub-group. After the intervention, the second group was the only one to record significant increases in certain intestinal bacteria, such as *Bacteroides uniformis*, *Lachnospira NK4A136*, *Oscillibacter and Parabacteroides merdae*. This study emphasizes the importance of individual variability in response to cranberry polyphenols and agavins supplementation. It suggests that considering individual variability is crucial for elucidating the effects of nutritional interventions.

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.

L'obésité est une pandémie dont la prévalence atteint des proportions alarmantes et qui est accompagnée d'un cortège de maladies cardiométaboliques comme le diabète de type 2 ou la stéatose hépatique non alcoolique. Dans ce contexte, il devient crucial de développer de nouvelles stratégies alimentaires. De plus, la science a récemment révélé l'implication du microbiote intestinal dans la gestion de l'énergie de l'hôte ainsi que dans les maladies cardiométaboliques. Les travaux de cette thèse regroupent plusieurs interventions nutritionnelles dans des modèles pré-cliniques, qui ont eu pour but d'étudier la relation entre ces maladies, l'alimentation et la modulation des populations intestinales. D'abord, nous avons évalué l'impact des acides gras oméga-3 polyinsaturés (ω3) et des produits laitiers fermentés sur la prévention de l'obésité. La comparaison de deux voies d'administration a révélé que les ω3, qu'ils soient exogènes (donnés par gavage) ou endogènes (produits au niveau tissulaire par le gène fat-1) prévenaient l'apparition de paramètres métaboliques liés au développement de l'obésité et modulaient le microbiote intestinal, notamment en augmentant l'abondance du genre Allobaculum. Nous avons également révélé l'importance de l'axe intestin-foie car seule l'administration orale des ω3 a contre carré l'accumulation lipidique hépatique. Cependant, contrairement aux ω3 produits de manière endogène, ils n'amélioraient pas l'homéostasie du glucose. De plus, les profils lipidique et endocannabinoïde avaient une signature différente selon la voie d'administration. Nous avons ensuite révélé l'impact de la fermentation des produits laitiers dans la prévention des maladies cardiovasculaires au travers de deux modèles animaux, prompts à développer l'obésité et l'athérosclérose. Nous avons montré que le remplacement de 50% de la source protéique par des protéines de yaourt (YP) et de lait fermenté par Lactobacillus helveticus(FMP) améliorait la santé intestinale grâce à des effets immunomodulateurs et la modification des populations bactériennes. Le YP et le FMP induisaient également des effets bénéfiques inhérents à chacun des modèles comparativement à une source de protéine non laitière ou laitière non fermentée. Dans un deuxième temps, nous avons étudié la pertinence de certaines composantes utilisées actuellement dans les diètes animales qui servent de contrôle dans les modèles d'obésité. D'une part, nous avons montré qu'une diète « chow » riche en fibres et une diète faible en gras purifiée induisaient une réponse métabolique différente médiée par la modification du microbiome intestinal. D'un autre côté, les animaux nourris avec ces deux diètes avaient un profil d'acides biliaires similaire et répondaient de la même façon à un test de tolérance au glucose. Nous avons ainsi démontré l'importance du contenu en fibres et en gras dans le choix des diètes contrôles lors d'une intervention nutritionnelle animale. D'autre part, nous avons finalement révélé l'importance de prêter attention à la source protéique dans ces mêmes études précliniques d'obésité. En effet, la plupart des diètes animales contiennent de la caséine comme seule et unique source de protéine. Or, nous avons démontré qu'une source protéique diversifiée, basée sur la consommation humaine, exacerbait l'altération des paramètres métaboliques induits par l'obésité comparée à la caséine. Elle modifiait également les populations intestinales indépendamment du contenu en gras et en sucre, révélant également le rôle potentiel des acides gras à chaîne courte ramifiés dans les maladies cardiométaboliques. Nous avons également montré que ces changements du microbiote précédaient les changements métaboliques et étaient liés à une signature métabolomique différente. Les travaux de cette thèse montrent ainsi la relation étroite qu'il existe entre alimentation, maladies cardiométaboliques et microbiote intestinal. Ce manuscrit propose des pistes d'interventions nutritionnelles et encourage les chercheurs à mieux considérer la composition des diètes utilisées dans les modèles animaux d'obésité. / Obesity is a pandemic whose prevalence is reaching alarming proportions, and is associated with a range of cardiometabolic diseases, such as type 2 diabetes and non-alcoholic fatty liver disease. In this context, it is crucial to develop new food strategies. Also, the role of gut microbiota was recently revealed in the management of the host energy related to cardiometabolic diseases. This work aimed to study the relationship between these diseases, diet and the modulation of intestinal populations and brings together several nutritional interventions in preclinical models. First, we assessed the impact of omega-3 polyunsaturated fatty acids (ω3) and fermented dairy products on the prevention of obesity. The comparison of two routes of administration revealed that ω3, either exogenous (orally gavaged) or endogenous (produced in tissues via the fat-1 gene expression) prevented obesity-linked metabolic parameters alteration and modulated the intestinal microbiota, increasing the abundance of the genus Allobaculum. We also revealed the importance of the gut-liver axis as only oral ω3 administration counteracted liver lipid accumulation. However, unlike the endogenously produced ω3, ω3 orally gavaged did not improve glucose homeostasis. In addition, mice administered with either exogenous or endogenous ω3 displayed distinct lipid and endocannabinoid profiles. We then revealed the impact of the fermentation of dairy products in the prevention of cardiovascular diseases through two animal models, which are quick to develop obesity and atherosclerosis. We have shown that replacing 50% of the protein source with yogurt proteins(YP) and milk fermented with Lactobacillus helveticus (FMP) improved intestinal health through immunomodulatory effects and the modification of bacterial populations. YP and FMP also induced inherent beneficial effects in each of the models compared to a non-dairy or unfermented protein source. In a second step, we studied the relevance of certain components currently used in animal diets which serve as a control in obesity models. On the one hand, we showed that a high-fiber "chow" diet and a purified low-fat diet induced a different metabolic response mediated by the modification of the intestinal microbiome. On the other hand, animals fed these two diets had a similar bile acid profile and responded similarly to a glucose tolerance test. Thus, we have demonstrated the importance of fiber and fat content in the choice of control diets for an animal nutritional intervention. On the other hand, we finally revealed the importance of paying attention to the protein source in these same preclinical obesity studies. Indeed, most animal diets contain casein as the one and only source of protein. However, we have demonstrated that a diversified protein source, based on human consumption, exacerbated the alteration of metabolic parameters induced by obesity compared to casein. It also altered intestinal populations regardless of fat and sugar content and revealed the potential role of branched short chain fatty acids in cardiometabolic diseases. We have also shown that these changes in the microbiota preceded metabolic changes which are linked to a specific metabolomic signature. Thus, the work of this thesis shows the close relationship that exists between diet, cardiometabolic diseases and intestinal microbiota. This manuscript suggests avenues for nutritional interventions and encourages researchers to better consider the composition of the diets used in animal models of obesity.

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.

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.