Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La prévalence de l'obésité a atteint des proportions pandémiques et représente un facteur de risque majeur pour une variété de désordres métaboliques, dont la résistance à l'insuline et la dyslipidémie, ce qui contribue l'apparition de troubles cardiométaboliques comme le diabète de type 2 et la stéatose hépatique non-alcoolique. Pour tenter de freiner la prévalence de l'obésité et les comorbidités qui y sont associées, plusieurs stratégies nutritionnelles ont été élaborées. Pourtant, l'efficacité de ces approches est encore limitée, ce qui renforce l'urgence d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Une abondante littérature scientifique a établi une relation entre le microbiote intestinal et les maladies cardiométaboliques. Ainsi, les travaux de cette thèse regroupent plusieurs interventions nutritionnelles visant à étudier la relation entre le microbiote intestinal et la progression de ces désordres métaboliques chez la souris et l'humain. D'une part, les polyphénols suscitent un important intérêt dans le contexte de l'amélioration du profil métabolique et du microbiote intestinal. L'impact des anthocyanines et des proanthocyanidines isolés de bleuets en corymbe (*highbush*) sur la santé métabolique et le microbiote intestinal a été évalué chez la souris dans le premier chapitre de cette thèse. Ces travaux ont montré que les polyphénols prévenaient la détérioration du profile métabolique, et que certains paramètres étaient transmissibles par transplantation fécale. Des études animales antérieures ont aussi montré qu'un extrait de camu-camu riche en polyphénols prévenait le gain de poids, protégeait contre la stéatose hépatique en modifiait la composition du microbiote intestinal dans un modèle de souris obèse, mais aucun essai clinique n'avait encore étudié l'impact du camu-camu sur ces paramètres. Chez des sujets présentant une détérioration métabolique, la supplémentation en camu-camu s'est traduite par une diminution de la graisse hépatique et des niveaux circulants de marqueurs de lésions hépatiques. Ces changements étaient également associés à une modification dans la composition du microbiote intestinal. D'autre part, la consommation excessive de sucres ajoutés est reconnue comme étant néfaste pour la santé cardiométabolique. Pourtant, les méta-analyses indiquent que leur remplacement par des édulcorants artificiels non-caloriques ne se traduit pas systématiquement par une diminution de la prévalence des désordres métaboliques. Le stévia est un édulcorant naturel associé à des effets neutres ou bénéfiques sur la santé métabolique, mais son arrière-goût décourage plusieurs consommateurs. L'isolation des composantes sucrées du stévia au profil gustatif amélioré, dont les rebaudiosides A (RebA) et D (RebD), représente une alternative, mais leur impact sur la santé reste peu étudié à ce jour. L'objectif du chapitre trois était d'étudier l'impact du RebA et du RebD sur la santé métabolique et le microbiote intestinal chez la souris. Le RebD a diminué le gain de poids, la stéatose hépatique et un marqueur d'endotoxémie métabolique en plus de modifier le métabolisme des acides biliaires et la composition du microbiote intestinal. Le RebA a eu un effet neutre sur ces paramètres. Une autre stratégie nutritionnelle identifiée pour se prémunir des effets néfastes associés à la surconsommation de sucres ajoutés est de remplacer les sucres raffinés par des sucres moindrement transformés et riches en composés phytochimiques, comme le sirop d'érable. Dans le quatrième chapitre de cette thèse, la substitution de sucres raffinés par une dose équivalente de sirop d'érable représentant 10% de l'apport calorique total chez la souris s'est traduite par une moins grande détérioration de la résistance à l'insuline, une diminution de la stéatose hépatique et par des changements dans la composition et les fonctions du microbiote intestinal. Enfin, le cinquième chapitre de cette thèse visait à étudier l'impact d'une substitution de sucres raffinés par une dose équivalente de sirop d'érable correspondant à 5% de l'apport calorique total sur les paramètres cardiométaboliques et le microbiote intestinal fécal de sujets présentant une détérioration métabolique. Cette étude a montré que le sirop d'érable réduisait plusieurs facteurs de risque cardiométabolique, dont la tension artérielle systolique, l'aire sous la courbe de la glycémie lors du test de tolérance au glucose et la graisse abdominale androïde, en plus de tendre à réduire la pression artérielle diastolique par rapport au placébo. Les travaux de cette thèse montrent qu'il existe une relation étroite entre l'alimentation, le microbiote intestinal et la santé métabolique. Ce manuscrit propose des pistes d'interventions nutritionnelles susceptibles d'enjoindre la population à effectuer de meilleurs choix alimentaires pour prévenir les désordres métaboliques. / The prevalence of obesity has reached pandemic proportions and represents a major risk factor for a variety of metabolic disorders, such as insulin resistance and dyslipidemia, which contribute to the development of cardiometabolic disorders such as type 2 diabetes (T2D) and non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). To decrease the prevalence of obesity and its associated comorbidities, several nutritional strategies have been developed. However, the effectiveness of these approaches is still limited, which reinforces the urgency of identifying new therapeutic targets. An abundant scientific literature has established a relationship between the gut microbiota and cardiometabolic diseases. This thesis gathers several nutritional interventions aimed at studying the relationship between the gut microbiota and the progression of these metabolic disorders in both mice and humans. Polyphenols are attracting significant interest in the context of improving metabolic health and modifying the gut microbiota composition. The impact of anthocyanins and proanthocyanidins isolated from highbush blueberry on metabolic health and gut microbiota was assessed in mice in the first chapter of this thesis. This work showed that polyphenols prevented the deterioration of the metabolic profile, and that certain parameters were transmissible by fecal transplantation. Previous animal studies have also shown that a polyphenol-rich camu-camu extract prevented weight gain, protected against fatty liver disease, and altered the composition of the gut microbiota in an obese mouse model, but no clinical trial had further studied the impact of camu-camu on these parameters. In subjects presenting mild metabolic deterioration, camu-camu supplementation resulted in decreased liver fat and lower circulating markers of liver injury. These changes were also associated with changes in the gut microbiota composition. Excessive consumption of added sugars is known to be detrimental to cardiometabolic health. However, meta-analyses indicate that their replacement by non-caloric artificial sweeteners does not systematically result in a decrease in the prevalence of metabolic disorders. Stevia is a natural sweetener associated with neutral or beneficial effects on metabolic health, but its bitter aftertaste discourages many consumers. The isolation of the sweet components of stevia with an improved taste profile, including rebaudiosides A (RebA) and D (RebD), represents an interesting alternative, but their impact on health remains poorly studied to date. The objective of chapter three was to investigate the impact of RebA and RebD on metabolic health and gut microbiota in mice. RebD decreased weight gain, hepatic steatosis, and a marker of metabolic endotoxemia in addition to altering bile acid metabolism and gut microbiota composition. RebA had a neutral effect on these parameters. Another nutritional strategy identified to prevent the harmful effects associated with the overconsumption of added sugars is to replace refined sugars with sugars that are less processed and rich in phytochemicals, such as maple syrup. In the fourth chapter of this thesis, the substitution of refined sugars by an equivalent dose of maple syrup representing 10% of the total caloric intake in mice was less deleterious on insulin resistance and hepatic steatosis and was associated with changes in the composition and functions of the gut microbiota. Finally, the fifth chapter of this thesis aimed to study the impact of substituting refined sugars by an equivalent dose of maple syrup corresponding to 5% of the total caloric intake on cardiometabolic parameters and the gutmicrobiota composition of subjects with mild metabolic deterioration. This study showed that maple syrup reduced several cardiometabolic risk factors, including systolic blood pressure, area under the glucose tolerance test, and android abdominal fat, and tended to decrease diastolic blood pressure compared to placebo. The work of this thesis shows that there is a close relationship between the diet, the gut microbiota and metabolic health. This manuscript proposes avenues for nutritional intervention likely to enjoin the population to make better food choices to prevent metabolic disorders.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Malgré la pasteurisation obligatoire du lait de consommation et la mise en place de bonnes pratiques de fabrication et d'hygiène dans les usines de transformation laitière, certains microorganismes résistants à la chaleur ou issus de phénomènes de post-contamination peuvent se retrouver dans les produits laitiers transformés et s'y développer. En plus d'entraîner des pertes alimentaires et économiques en raison du non-respect des normes microbiologiques ou des diverses altérations occasionnées, les microorganismes associés aux produits laitiers non-conformes et/ou atypiques (PL-NC/AT) constituent une préoccupation majeure pour les industries laitières en raison de leur capacité potentielle à former des biofilms sur les surfaces et à résister à certains désinfectants et antibiotiques. Ce projet de recherche visait à isoler, identifier et caractériser les microorganismes provenant de PL-NC/AT afin de bâtir une collection microbienne documentée de référence. En collaboration avec plusieurs industries laitières et fromagères, 105 souches de bactéries, levures et moisissures problématiques, issues de différents PL-NC/AT (lait, crème, crème glacée et fromages), ont été isolées par culture et identifiées par MALDI-TOF ou séquençage. La caractérisation de cette diversité d'isolats a permis de mettre en évidence que la majorité de ces souches étaient sensibles à un traitement de chaleur équivalent à une pasteurisation, suggérant que ces microorganismes auraient été réintroduits dans les produits laitiers par post-contamination. Près de 25 souches bactériennes se sont d'ailleurs révélées être d'importantes productrices de biofilms en microplaques de 96 puits et 13 de ces souches ont démontré une résistance élevée à un traitement de 5 minutes à l'acide peracétique (100 ppm) et à l'hypochlorite de sodium (70 ppm) en microplaques MBEC. De plus, 56 isolats bactériens ont présenté une résistance contre l'ampicilline, la fosfomycine et/ou la ceftriaxone. Ces nouvelles connaissances pourront guider et mener à l'élaboration de mesures innovantes dans le contrôle et la prévention des contaminations microbiologiques dans l'industrie laitière. / Despite the mandatory pasteurization of fluid milk and the implementation of good manufacturing and hygiene practices in dairy processing plants, some heat-resistant microorganisms or other microorganisms resulting from post-pasteurization contamination can be found in processed dairy products. In addition to causing food and economic losses due to spoilage or non-compliance with microbiological standards, microorganisms associated with non-compliant and/or atypical dairy products (NC/AT-DP) are a major concern for dairy industries due to their potential ability to form biofilms and to resist to some disinfectants and antimicrobial agents. The objective of this project was to isolate, identify and characterize microorganisms from NC/AT-DP to create a documented microbial collection. In collaboration with several dairy and cheese industries, 105 strains of problematic bacteria, yeasts, and molds from various NC/AT-DP (milk, cream, ice cream and cheese) were isolated by culture and identified by MALDI-TOF or sequencing. The characterization of these isolates demonstrated that most of the strains were sensitive to a heat treatment equivalent to pasteurization, suggesting that these microorganisms would have been reintroduced into dairy products by post- pasteurization contamination. Nearly 25 bacterial strains have also shown to be moderate or strong biofilm-producers in 96-well microplates and 13 of these strains have demonstrated a high resistance to a 5-minute treatment with peracetic acid (100 ppm) and sodium hypochlorite (70 ppm) in MBEC microplates. In addition, 56 bacterial isolates showed resistance against ampicillin, fosfomycin and/or ceftriaxone. These results will guide and may lead to the development of new strategies to control and prevent microbiological contamination in the dairy sector.

L'axe microbiote-intestin-cerveau a été associé avec de nombreuses pathologies comme le trouble du spectre de l'autisme et la stéatose hépatique non alcoolique. Au cœur de cet axe se trouve le microbiote intestinal qui semble jouer un rôle important dans la physiopathologie de ces maladies. Ainsi, moduler la composition et la fonctionnalité du microbiote intestinal avec des composés riches en polyphénols, molécules aux effets prébiotiques, représente une piste thérapeutique prometteuse. Les travaux de cette thèse portent sur l'implication du microbiote intestinal et sa modulation par les polyphénols dans un contexte de maladies métaboliques et neurodéveloppementales. Dans le chapitre 1, nous avons développé et construit un modèle in vitro pour cultiver et étudier le microbiote intestinal. Nos travaux démontrent que notre modèle in vitro fournit un environnement favorable à la croissance du microbiote intestinal humain et imite sa réponse à un prébiotique comme l'amidon résistant de type 2. Dans le chapitre 2, nous avons déterminé la composition bactérienne des microbiotes intestinaux et la production associée de métabolites microbiens provenant de jumeaux monozygotes avec un diagnostic opposé pour le trouble du spectre de l'autisme. Nos données suggèrent qu'en l'absence de facteurs confondants (génétique, environnement, âge, sexe), le jumeau atteint de trouble du spectre de l'autisme présente des bactéries spécifiques ainsi qu'un métabolome fécal altéré avec notamment une excrétion diminuée des acides gras à courtes chaînes et des acides biliaires secondaires par rapport à son jumeau neurotypique. Nous avons cultivé dans notre modèle in vitro les microbiotes issus du couple de jumeaux et étudié deux produits issus du camu-camu (CC) sur la population bactérienne et la production d'acides gras à courte chaîne sur ces microbiotes. Nos résultats suggèrent que les effets de type prébiotiques du CC semblent dépendre de leur composition en sucres et en polyphénols soulignant la nécessité de considérer la composition des produits aux effets prébiotiques pour leur utilisation future en tant qu'approche thérapeutique des symptômes associés au trouble du spectre de l'autisme. Dans le chapitre 3, nous avons étudié si une supplémentation en CC offrait chez l'humain les mêmes effets que dans une étude précédente préclinique avec une prévention du gain de poids, une protection contre la stéatose hépatique associée à une modulation du microbiote intestinal. Nous avons réalisé une étude clinique randomisée, contrôlée par placebo, en chassé-croisé avec des périodes d'intervention de 12 semaines sur 32 sujets en surpoids et hypertriglycéridémiques. La supplémentation en CC a diminué la teneur relative en graisse hépatique de 14,6 % et a diminué les taux circulants d'aspartate et d'alanine aminotransférases, qui sont des marqueurs de lésions hépatiques. Ces changements étaient associés à des modifications du microbiote intestinal. Ce chapitre montre la pertinence clinique du CC pour la prévention de la stéatose hépatique chez des personnes en surpoids avec une détérioration métabolique. Les travaux de cette thèse ont permis d'avancer nos connaissances sur le lien entre des pathologies comme le trouble du spectre de l'autisme ou la stéatose hépatique non alcoolique et le microbiote intestinal chez l'humain, et d'évaluer les effets bénéfiques d'un produit riche en polyphénols aux effets prébiotiques. / The microbiota-gut-brain axis has been associated with numerous pathologies such as autism spectrum disorder and non-alcoholic fatty liver disease. At the heart of this axis is the intestinal microbiota, which seems to play an important role in the pathophysiology of these diseases. Thus, modulating the composition and functionality of the intestinal microbiota with compounds rich in polyphenols, molecules with prebiotic effects, represents a promising therapeutic avenue. The work of this thesis focuses on the involvement of the intestinal microbiota and its modulation by polyphenols in the context of metabolic and neurodevelopmental diseases. In Chapter 1, we developed and constructed an in vitro model to cultivate and study the gut microbiota. Our work improved that our in vitro model provides a favorable environment for the growth of human gut microbiota and mimics its response to a prebiotic like resistant starch type 2. In Chapter 2, we determined the bacterial composition of gut microbiota and the associated production of microbial metabolites from monozygotic twins with an opposite diagnosis for autism spectrum disorder. Our data show that in the absence of confounding factors (genetic, environment, age, sex), the twin with autism spectrum disorder presents specific bacteria as well as an altered fecal metabolome with in particular a reduced excretion of short chain fatty acids and secondary bile acids compared to its neurotypical twin. We cultivated the microbiota from the pair of twins in our in vitro model and studied two products from camu-camu (CC) on the bacterial population and the production of short-chain fatty acids on these microbiotas. These results revealed that the prebiotic-like effects of CC seem to depend on their composition of sugars and polyphenols necessarily the need to consider the composition of the prebiotic effects for their future use as a therapeutic approach to the symptoms associated with the autism spectrum disorder. In Chapter 3, we studied whether CC supplementation offered the same effects in humans as in a previous preclinical study with prevention of weight gain, protection against hepatic steatosis associated with modulation of the intestinal microbiota. We performed a randomized, placebo-controlled, crossover clinical study with 12-week intervention periods in 32 overweight and hypertriglyceridemic subjects. CC supplementation decreased relative hepatic fat content by 14.6% as compared to placebo, and decreased circulating levels of aspartate and alanine aminotransferases, which are markers of liver damage. These effects were associated with changes in the gut microbiota. This chapter shows the clinical relevance of CC for the prevention of hepatic steatosis in overweight people with metabolic deterioration. The work of this thesis has advanced knowledge of the link between pathologies such as autism spectrum disorder or non-alcoholic fatty liver disease and the intestinal microbiota in humans, and further evaluated the beneficial effects of a product rich in polyphenols with prebiotic effects.

**Problématique :** L'accumulation excessive des acides biliaires (AB) est incriminée dans la pathogénie de plusieurs maladies hépatiques et intestinales. Il a été démontré que la β-glucuronidation hépatique favorise l'élimination et la détoxification des AB. Cependant, l'action des enzymes β-glucuronidase (GUS) de la flore intestinale contrecarre ce processus d'inactivation. **Objectif :** Mettre en évidence l'action des enzymes GUS du microbiote intestinal sur les acides biliaires glucuronoconjugués (AB-G) et la possibilité du moduler cette action par des interventions nutritionnelles et pharmacologiques. **Méthodes :** Des essais enzymatiques *in vitro* dans des conditions expérimentales adaptées ont été réalisés sur différents groupes d'échantillons de fèces humaines, incluant des individus sains, des individus atteints de maladies hépatiques, ainsi que des échantillons de selles et contenus intestinaux de souris axéniques et conventionnelles, et des crottes de rats après diverses chirurgies bariatriques. De plus, deux molécules amoxapine et inhibiteur 1 de la β-glucuronidase ont été utilisés pour explorer *in vitro* leurs effets en tant qu'inhibiteurs GUS sur la réaction GUS-AB-G. En outre, l'effet d'une supplémentation de 50g/j de poudre de bleuet lyophilisée (PBL) pendant 8 semaines chez des adultes humains (n=24) sur cette réaction a également été caractérisé. **Résultats :** Le microbiote intestinal GUS (β-glucuronidase), provenant des échantillons testés, a la capacité de déconjuguer les AB-G avec des variations entre individus, entre genres et entre espèces. Les acides biliaires glucuronidés en position 24 (AB-24G) sont déconjugués de manière plus efficace que leurs analogues en position 3 et 6 (AB-3G, AB-6G). *In vitro* l'amoxapine a montré une inhibition plus marquée des enzymes GUS *d'E.coli*, humains et murins que l'inhibiteur 1 de la β-glucuronidase, avec une IC50 de 34.74 ±1.09 µM (IC50 ± SD) pour GUS d'*E.coli* envers β-MCA-24G. La supplémentation par PBL a diminué de manière significative (p<0.01) l'activité GUS envers les AB-G mais uniquement chez les hommes avec des changements dans les valeurs de Km et Vmax. **Conclusion :** Nos résultats confirment le rôle des enzymes GUS du microbiote intestinal dans la retoxification des AB et révèlent la possibilité de moduler cette activité. Cette modulation pourrait contribuer à établir ces enzymes comme une nouvelle cible pour potentialiser l'effet détoxifiant de la glucuronidation envers les AB et réduire leur toxicité. / **Background:** Excessive accumulation of bile acids (BA) is implicated in the pathogenesis of many hepatic and intestinal diseases. Hepatic glucuronidation has been shown to promote the elimination and detoxification of BA. However, the action of β-glucuronidase (GUS) enzymes in the intestinal flora counteracts this inactivation process. **Objective:** To demonstrate the action of GUS enzymes in the intestinal microbiota on bile acid glucuronides (BA-G) and the possibility of modulating this action through nutritional and pharmacological interventions. **Methods:** *In vitro* enzymatic assays under adapted experimental conditions were performed on different groups of human fecal samples, including healthy individuals, individuals with liver diseases, as well as stool samples and intestinal contents from germ-free and conventional mice, and rats fecal samples after various bariatric surgeries. Additionally, two molecules, amoxapine and β-glucuronidase inhibitor 1, were used to explore *in vitro* their effects as GUS inhibitors on the GUS-BA-G reaction. Furthermore, the impact of a supplementation of 50g/day of freeze-dried highbush blueberry powder (BBP) for 8 weeks in adult humans (n=24) on this reaction was also characterized. **Results:** The GUS (β-glucuronidase) enzymes of intestinal microbiota from the samples tested efficiently deconjugate BA-G with variations between individuals, genera, and species. Bile acid glucuronides at position 24 (BA-24G) are deconjugated more efficiently than their analogues at positions 3 and 6 (BA-3G, BA-6G). *In vitro*, amoxapine showed more marked inhibition of human, murine and *E.coli* GUS enzymes than β-glucuronidase inhibitor 1, with an IC50 of 34.74 ±1.09 µM (IC50 ± SD) for *E.coli* GUS towards β-MCA-24G. BBP supplementation significantly (p<0.01) decreased GUS activity towards BA-G but only in males with changes in Km and Vmax values. **Conclusion:** Our results confirm the role of β-glucuronidase (GUS) enzymes from the intestinal microbiota in the re-toxification of BA and reveal the potential to modulate this activity. This modulation could help establish these enzymes as a new target to enhance the detoxifying effect of glucuronidation towards BA and reduce their toxicity.

La qualité microbiologique des produits alimentaires est primordiale, que ce soit pour la salubrité ou l'innocuité alimentaire ou la consistance de ceux-ci. Dans le cas des produits laitiers comme le fromage cheddar, il est important de s'intéresser au microbiote du lait cru et principalement aux bactéries lactiques (LAB) résistantes au traitement thermique appliqué au lait. Ces LAB font partie de la flore secondaire du fromage et sont parfois responsables de défauts organoleptiques. Comme le microbiote du lait cru est modulé par l'environnement de la ferme, il est tout indiqué d'évaluer l'impact de différentes pratiques de gestion à la ferme susceptibles d'influencer le niveau de LAB dans le lait. Cette thèse s'est intéressée premièrement à l'ensilage, des plantes fourragères fermentées en anaérobie par des LAB et l'impact de son inoculation avec Lactobacillus buchneri. Un total de 24 fermes utilisant différents fourrages (foin, ensilages inoculés ou non de graminées, de légumineuse ou de maïs) a été échantillonné à deux reprises (automne 2015 et printemps 2016). Nos résultats indiquent que l'ensilage constitue pour le lait cru une source mineure de contamination en LAB, car le typage des isolats a montré un taux de transfert des souches de 6%. De plus, Lactobacillus buchneri, très présent dans tout type d'ensilages (42%) et utilisé comme inoculant, a été rarement isolé dans les laits. Par ailleurs, une souche de Lactobacillus plantarum RKG 2-212 collectée dans le lait et qui provenait de l'ensilage de maïs a démontré une résistance à la chaleur significativement supérieure à la souche de référence L. plantarum ATCC 14917 (P < 0.0001). Son impact lors de la fabrication et l'affinage du cheddar a été évalué et comparé à une autre souche thermorésistante, Lactobacillus delbrueckii RKG R10. Bien que n'influençant pas l'acidification du lait lors de la production modèle d'un cheddar, L. plantarum RKG 2-212 a eu un effet sur l'affinage. Après 12 jours à 30 °C, l'augmentation de sa population a diminué significativement le pH de la pâte. De plus, des changements dans les composés volatils ont été observés dont certains correspondent à des flaveurs impropres au cheddar. La deuxième pratique à la ferme qui a été évaluée est l'utilisation de la litière de fumier recyclé (LFR) qui gagne en popularité. En raison de la charge bactérienne élevée du fumier et du procédé de fabrication de cette litière, il semble probable qu'elle soit une source de contamination en LAB thermorésistantes pour le lait. Des laits provenant de 84 fermes utilisant la LFR ou la paille ont été analysés au printemps 2018. Cette étude a démontré que l'abondance des spores de bactéries d'altération n'était pas supérieure dans les laits associés à la LFR. Cependant, les Streptococcus sp. et les Enterococcus faecalis thermorésistants étaient plus prévalents dans les échantillons de lait associés à la LFR. Parmi ceux-ci, trois E. faecalis et un Streptococcus thermophilus ont démontré une excellente survie durant la production expérimentale de cheddar (test de Pearce). Ces derniers pourraient avoir des effets néfastes lors de l'affinage. En conclusion, des pratiques de gestion à la ferme comme l'utilisation de l'ensilage et la LFR peuvent moduler les LAB du lait et il est possible que les bactéries thermorésistantes influencent négativement la production fromagère. Les producteurs et transformateurs laitiers devraient considérer l'impact de l'utilisation de la LFR et de l'ensilage sur les bactéries thermorésistantes du lait afin de développer des stratégies pour les minimiser. / The microbiological quality of food is essential, whether for food safety or for the product consistency. For dairy products, including cheddar cheese, the focus should be on milk microbiota and mainly on lactic acid bacteria (LAB) resistant to the heat treatment applied to milk. These LAB in cheese are called non-starter lactic acid bacteria and they are sometimes responsible for organoleptic defects. As the raw milk microbiota is modulated by the farm environment, the impact of different farm management practices that may influence the presence of LAB in milk should be assessed. This thesis firstly focused on silage, forage plant anaerobically fermented with LAB and the impact of its inoculation with Lactobacillus buchneri. A total of 24 farms using different forages (hay, grasses, legumes or corn silage inoculated or not) were sampled twice (fall 2015 and spring 2016). Silage has been shown to be a minor source of LAB contamination for milk. The typing of isolates indicated a 6% transfer rate of the strains. Also, Lactobacillus buchneri, which is often present in all types of silage (42%) and used as an inoculant, has been rarely isolated from milk. A strain of Lactobacillus plantarum RKG 2-212 collected in milk and which came from corn silage demonstrated a thermoresistance significantly higher than the reference strain L. plantarum ATCC 14917 (P < 0.0001). Its impact during the production and ripening of cheddar was evaluated and compared with another thermoresistant strain, Lactobacillus delbrueckii RKG R10. Although it did not influence the acidification of milk in the model production of a cheddar, L. plantarum RKG 2-212 impacted ripening. After 12 days at 30°C, the increase in its population significantly decreased the pH of the curd. Moreover, changes in volatile compounds have been observed, some of which correspond to unsuitable flavor. The second farm management practice that has been evaluated is the recycled manure solids bedding (RMS) which is gaining popularity. Due to the high bacterial load of the manure and the manufacturing process of this litter, it seems likely that it is a source of thermoresistant LAB for milk. Milk samples from 84 farms using RMS or straw bedding were analyzed in spring 2018. This study demonstrated that the spores of spoilage bacteria were not higher in RMS-milk samples. However, Streptococcus sp. and Enterococcus faecalis were more prevalent in RMS-milk samples. Of these, three E. faecalis and one Streptococcus thermophilus demonstrated excellent survival during experimental cheddar production (Pearce activity test). These could cause defects during cheese ripening. In conclusion, farm management practices such as the use of silage and RMS can modulate LAB in milk and may have a negative impact on cheese production. Dairy farmers and processors should consider the impact of RMS and silage on thermoresistant bacteria in milk in order to develop strategies to minimize them.

Titre de l'écran-titre (visionné le 23 mai 2023) / La découverte de la co-dépendance entre les communautés de microorganismes symbiotiques et leurs hôtes eucaryotes a redéfini l'unité biologique soumise à l'action des forces évolutives, à « l'ensemble de l'hôte et son microbiote symbiotique », appelé holobionte. Les holobiontes aquatiques sont retrouvés dans une multitude d'environnements extrêmes sur Terre, allant des sources d'eau chaude, aux profondeurs océaniques, aux calottes polaires, jusqu'aux cours d'eau contaminés par les métaux lourds. De plus en plus d'études montrent que l'établissement d'associations symbiotiques avec des microbes a permis à la diversité animale de se développer dans ces environnements hostiles. Les Poissons, retrouvés dans une étonnante diversité d'environnements contrastés, constituent d'excellents modèles pour comprendre la nature des symbioses hôte-microbiote, tant en termes de composition des communautés impliquées, que d'identification des facteurs environnementaux et génétiques qui modulent leurs interactions avec l'organisme hôte. Au contraire des microbiotes humains, nos connaissances sur le microbiote des Poissons en sont à leurs tous débuts. De manière générale, le projet de thèse visait à mieux comprendre l'influence des facteurs modulant les communautés bactériennes chez les Poissons, ainsi qu'à détailler la nature de l'interaction symbiotique existant entre ces communautés et leurs hôtes. Pour y parvenir, nous avons utilisé une approche holistique qui s'intéressait aux différentes composantes modulant les interactions hôte-microbiote chez différentes espèces de poissons amazoniens. Premièrement, nous avons caractérisé la composition et les facteurs environnementaux qui altèrent le bactérioplancton amazonien, ce dernier représentant la source principale de bactéries recrutées par les poissons. Un échantillonnage de bactérioplancton au sein d'un gradient physicochimique de 15 sites naturels a montré que les communautés bactériennes environnementales varient en composition et en activité selon le type d'environnement échantillonné, les Betaprotéobactéries dégradant le carbone humique étant particulièrement abondantes en eau noire, un milieu acide et pauvre en ions. Deuxièmement, nous avons tenté d'évaluer l'effet du génotype de l'hôte sur le recrutement du microbiote chez les poissons amazoniens, afin de déterminer s'il s'agit d'un facteur significatif pouvant moduler le microbiote des Poissons. Suite à la caractérisation du génotype et du microbiote bactérien de quatre espèces de piranha génétiquement proches, nous avons montré l'existence de corrélations significatives entre le génotype de l'hôte et la structure de son microbiote cutané, ce qui n'était pas le cas pour le microbiote intestinal. Par la suite, nous avons profité des particularités d'un système d'étude unique en Amazonie, où on observe un découplage génotype X environnement, afin de quantifier les contributions respectives du génotype du poisson-hôte, des paramètres physicochimiques environnementaux et de la composition du bactérioplancton à la composition du microbiote branchial, représentant une des communautés microbiennes icthyienne la plus exposée à l'environnement. Pour se faire, nous avons mené une étude comparative sur plusieurs populations génétiques de poissons échantillonnées dans des types d'eau ayant des profils physicochimiques contrastés, et avons montré que le recrutement des souches bactériennes environnementales dépend davantage de la composition de l'assemblage bactérien planctonique, que du génotype du poisson-hôte. Finalement, nous avons étudié la nature des interactions poisson-microbiote en milieu extrême, en tentant de comprendre si des fonctions bactériennes des symbiotes branchiaux sont essentielles à la survie des poissons en eau noire, un milieu acide et pauvre en ions imposant d'importants défis physiologiques pour les poissons résidents. La caractérisation simultanée du transcriptome de l'organisme hôte et de sa communauté microbienne chez quatre espèces de Poissons, collectées le long d'un gradient physicochimique comprenant plusieurs sites d'eau noire, suggère que les bactéries branchiales jouent des rôles essentiels dans la régulation des processus d'ionorégulation de l'hôte. Par exemple, l'expression de plusieurs systèmes de transport transmembranaire d'ions n'était observée qu'en cas de surexpression de certaines Betaprotéobactéries connues pour moduler la perméabilité membranaire eucaryote. La contribution du bactérioplancton dans cette interaction a été étudiée davantage par l'implantation d'un modèle de poissons axéniques (stériles) exposés à ce même gradient physico-chimique amazonien, mais dans différents environnements stériles/non stériles en laboratoire. Les résultats de cette dernière expérience ont révélé que les bactéries autochtones/endémiques de l'eau noire d'Amazonie jouent un rôle crucial dans la survie des poissons dans ce type d'eau, puisque l'absence de celles-ci provoque une mort rapide. En conclusion, ce projet de thèse contribue à démontrer l'importance de considérer le microbiote de l'hôte, tout comme le microbiote environnemental, dans les études concernant l'évolution et l'écologie des Poissons. / The discovery of the codependency between communities of symbiotic microorganisms and their eukaryotic hosts has redefined the biological unit subject to the action of evolutionary pressures, from the hosts only, to the hosts and their symbiotic microbiota, known as "holobionts". Aquatic holobionts are found in a multitude of extreme environments on Earth, including hot springs, deep oceans, icy waters of Antarctica, and streams contaminated with heavy metals. More and more studies show that in these hostile environments, it is through the establishment of symbiotic associations with microbes that animal diversity has been able to develop. Fish, which are found in an astonishing diversity of contrasting environments, constitute excellent models for understanding the nature of host-microbiota symbiosis, the composition of the communities involved, as well as the environmental and genetic factors that modulate their interactions with their host organisms. Unlike human microbiota, our knowledge of the fish microbiota is still in its infancy. In general, this thesis project aimed to better understand the influence of factors modulating fish bacterial communities, as well as to detail the nature of the symbiotic interaction existing between these communities and their hosts. To achieve this, we used a holistic approach that focused on the many components modulating host-microbiota interactions in different Amazonian fish species. Firstly, we characterized the composition and the environmental factors that alter Amazonian bacterioplankton, the latter representing the main source of bacteria recruited by fish. A sampling of bacterioplankton within a physicochemical gradient of 15 natural sites showed that environmental bacterial communities vary in composition and activity depending on the type of environment sampled, with humic-carbon-degrading Betaproteobacteria being particularly abundant in black water, an acidic and ion-poor environment. Secondly, we attempted to assess the effect of the host genotype on microbiota recruitment in Amazonian fish, to determine if it is a significant factor that can modulate fish microbiota. Following the characterization of the genotype and bacterial microbiota of four genetically similar piranha species, we evidenced the existence of significant correlations between the host genotype and the structure of fish skin microbiota, which was not the case for the gut microbiota. Subsequently, we took advantage of a unique study system in Amazonia, where fish genotype X environment decoupling is observed, in order to quantify the respective contributions of the fish host genotype, physicochemical parameters and bacterioplankton community composition in shaping the composition of the gill microbiota, one of the most environmentally-exposed community on fish hosts. To do this, we conducted a comparative study on several genetic populations of fish sampled in water types with contrasting physicochemical profiles, and showed that the recruitment of environmental bacterial strains depends more on the composition of the planktonic bacterial assembly, than on the genotype of the host fish. Finally, we studied the nature of fish-microbiota interactions in extreme environments, trying to understand whether there are bacterial functions expressed by symbiotic gill bacteria, that are essential for fish survival in black water, an acidic and ion-poor environment imposing significant physiological challenges for resident fish. The simultaneous characterization of the host gill and microbiota transcriptome of four fish species, collected along a physicochemical gradient including multiple blackwater sites, suggests that gill bacteria play essential roles in regulating host ionoregulatory processes. For example, the host expression of several transmembrane ion transport systems was only observed concurrently with the overexpression of specific Betaproteobacteria known to modulate eukaryotic membrane permeability. The contribution of bacterioplankton in this interaction was further studied by implementing an axenic (sterile) fish model exposed to this same Amazonian physico-chemical gradient, but in different sterile/non-sterile environments in the laboratory. The results of this latest experiment revealed that autochthonous/endemic Amazonian blackwater bacteria play key roles in the survival of fish in this water type, such that when hosts are devoid of bacteria, they do not survive in such an environment. In conclusion, this thesis project contributes to highlight the importance of considering the host microbiota, as well as the environmental microbiota, in studies concerning fish evolution and ecology.

Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste responsable des infections pulmonaires chroniques chez les patients atteints de fibrose kystique (FK). L’émergence de nouvelles souches épidémiques hypervirulentes, multi-résistantes aux antibiotiques et possédant une grande capacité de transmission, telles que LESB58, entraîne de grandes difficultés de traitement et une augmentation de la mortalité chez ces patients. Le séquençage complet de LESB58 a révélé un génome à 90% hautement conservé additionné de 455 gènes regroupés sous six prophages (PPs) et cinq îlots génomiques (GIs). Cette étude a pour objectif de déterminer l’implication de ces régions supplémentaires dans la pathogénie de LESB58. Une mutagenèse à étiquette signature (STM) suivie de plusieurs criblages ont permis de sélectionner 162 mutants dont 11 portant une insertion dans un GI ou PP. Des analyses subséquentes ont été réalisées sur ces mutants afin d’évaluer leur niveau de virulence in vivo dans un modèle d’infection pulmonaire chronique chez le rat. Des analyses de génomique ont été effectuées sur deux de ces mutants afin de mieux comprendre leur incapacité à établir l’infection dans le modèle d’infection in vivo. / Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen and causes chronic pulmonary infection to cystic fibrosis (CF) patients. The hypervirulent epidemic strain LESB58 is associated with high transmissibility and is highly resistant to antibiotics causing increased morbidity and mortality. Whole genome sequencing of LESB58 revealed a 90% highly conserved core genome and 455 additional genes grouped in five genomics islands (GIs) and six prophages (PPs). The aim of this study was to determine the implication of the accessory genome in LESB58 virulence. We performed a signature tagged mutagenesis (STM) followed by an in vivo screening of the mutants. From 162 STM mutants defective for in vivo maintenance, we selected 11 harbouring an insertion in GI or PP for further virulence analysis. Two of these mutants were used for genomics analysis in order to better understand their incapacity for in vivo maintenance in the rat model of chronic lung infection.

La parodontite chronique est une maladie infectieuse des tissus de soutien de la dent, entraînant une perte d'attache et une résorption osseuse. Elle résulte d'un déséquilibre entre le biofilm sous-gingival et la réponse inflammatoire de l'hôte. Le modèle de sang complet permet de recréer des conditions apparentées à celles présentes dans la poche parodontale. Utilisant ce modèle stimulé par le lipopolysaccharide (LPS) de Porphyromonas gingivalis, il nous a été permis de démontrer que la tétracycline, la doxycycline et la tétracycline modifiée chimiquement (CMT-3) peuvent inhiber la production d'importants médiateurs proinflammatoires. En comparant les réponses de patients atteints de parodontite et de sujets sains dans le modèle de sang complet stimulé par le LPS, nous avons pu établir que le taux d'accroissement de la production de cytokines et de métalloprotéinases matricielles était plus important chez le premier groupe, laissant supposer une réaction immune plus importante de leur part.

La litière de fumier recyclé (LFR) (séparation du fumier et fraction solide remise sous les animaux) est de plus en plus utilisée dans l’industrie laitière au Québec. Pourtant, les risques reliés à son utilisation sur la santé humaine sont méconnus. La présente étude tente donc d’identifier la meilleure méthode de compostage de la LFR quant à la qualité de l’air dans les fermes laitières. Quatre méthodes de compostage du solide ont été testées : SW) statique; TW) retourné quotidiennement; DC24) statique après 24 h dans un composteur rotatif; et DC72) statique après 72 h dans un composteur rotatif. Des échantillons d’air ont été prélevés aux jours 0, 5, 10 à l’aide d’un échantillonneur liquide et d’un autre sur filtre. Les poussières ont été mesurées par compteur optique de particules. Les microorganismes ont été analysés par culture (bactéries et moisissures mésophiles, moisissures thermotolérantes) ou par qPCR pour les bactéries totales et Penicillium/Aspergillus, ainsi que plusieurs agents pathogènes et un gène de résistance aux carbapénèmes. Au jour 0, les poussières et les moisissures mésophiles sont inférieures pour SW, TW et DC24. Les bactéries totales sont plus faibles pour SW et TW et Penicilium/Aspergillus pour DC24. Au jour 5, les poussières sont inférieures pour DC24 et DC72, alors que les moisissures mésophiles, bactéries totales et Penicillium/Aspergillus sont en plus faibles concentrations pour SW et TW. Au jour 10, les poussières et Penicillium/Aspergillus sont plus faibles pour SW et TW, les bactéries totales pour DC72 et les résultats ne diffèrent pas pour les moisissures mésophiles. Pour les trois journées d’échantillonnage, SW a des concentrations inférieures à DC72 en bactéries mésophiles. Aucun des résultats de moisissures thermotolérantes ni d’endotoxines ne diffère et aucun des agents pathogènes ni le gène de résistance n’a été détecté par qPCR. Les traitements SW et TW semblent représenter les meilleurs choix quant à la qualité de l’air. / Recycled manure solids (RMS) (solid-liquid separation f fresh manure where the solid fraction is used as bedding) gain rising interest in Quebec’s dairy industry. However, RMS use’s associated risks on human and animal health are unknown. This study tried to identify the best composting method regarding to air quality in dairy barns. Four composting methods were tested: SW) static, TW) daily turned, DC24) static after 24 h in a drum composter and DC72) static after 72 h in a drum composter. Air sampling were done with a liquid sampler and a filter sampler at days 0, 5 and 10. Dust concentrations were measured by an optical particle counter. Microorganisms were analysed by culture (mesophilic bacteria and fungi, thermotolerant fungi) or by qPCR for total bacteria (16s rDNA) and Penicillium/Aspergillus (ITS1), as well for several pathogenic agents and a carbapeneme resistance gene (KPC). At day 0 and 5, SW, TW and DC24 lead to the lowest concentrations for dust and mesophilic fungi. Total bacteria were lower for SW and TW, while Penicillium/Aspergillus were lower for DC24. At day 5, DC24 and DC72 lead to the lowest concentrations for dust, while SW and TW lead to lower concentrations for mesophilic fungi, total bacteria and Penicillium/Aspergillus. At day 10, dust and Penicillium/Aspergillus were lower for SW and TW, while total bacteria were lower for DC72 and no mesophilic fungi did not differ. For the three sampling days, SW lead to lower concentration of mesophilic bacteria than DC72. No thermotolerant fungi or endotoxins results differ and no pathogenic agent or the carbapenem resistance gene were detected by qPCR. Thus, SW and TW seem to be the methods to privilege regarding air quality in dairy barns.

La mise en évidence de l'association entre désordres métaboliques et état dysbiotique remet aujourd'hui en cause la définition et les modes de traitement traditionnels du syndrome métabolique. Or, la composition et l'activité du microbiote intestinal étant grandement déterminées par l'alimentation, les aliments riches en fibres et composés phytochimiques, réputés pour leur action prébiotique, représentent un levier majeur pour traiter les désordres métaboliques et en prévenir le développement. La consommation de framboises a démontré des effets positifs sur les désordres métaboliques, associés dans certaines études à la modulation du microbiote intestinal. En outre, la variabilité interindividuelle constitue un obstacle majeur à l'identification des effets des interventions nutritionnelles et des mécanismes qui les sous-tendent. Ce projet avait pour objectif principal d'évaluer l'impact de la consommation de framboises sur les paramètres du syndrome métabolique, en recourant notamment à des outils omiques pour circonscrire avec davantage de précision ces effets selon les individus. Dans le cadre d'un essai randomisé contrôlé à deux bras parallèles, 28 participants présentant des désordres métaboliques consommèrent 280 g de framboises par jour pendant 8 semaines, tandis que 28 autres maintinrent leur diète habituelle. L'intervention n'a pas démontré d'effet majeur sur les paramètres du syndrome métabolique. Néanmoins, l'application d'une méthode de discrimination fondée sur la variation du transcriptome sanguin a permis d'identifier des sujets « répondeurs » et « non-répondeurs », qui se distinguaient notamment par des signatures microbiennes différentes en amont de l'intervention. Une étude exploratoire a également été menée sur une dimension spécifique de la réponse à l'intervention : les sujets ont été stratifiés en fonction de la variation de leur taux plasmatique d'oxyde de triméthylamine en réponse à la consommation de framboises et leurs signatures microbiennes ont été analysées. Il s'ensuit que les outils omiques, de par la visibilité des processus moléculaires qu'ils offrent, constituent un atout majeur dans la mise en œuvre de telles études d'intervention nutritionnelles, en facilitant la mise en évidence de leurs effets en dépit de la variabilité interindividuelle. / The discovery of the relationship between metabolic disorders and dysbiotic state calls into question both definition and treatment of the metabolic syndrome. However, since the composition and activity of the intestinal microbiota are largely determined by diet, foods rich in fibre and phytochemicals, known for their prebiotic action, represent a major lever for treating metabolic disorders and preventing their development. The consumption of raspberries has been associated with positive effects on metabolic disorders, associated in some studies with the modulation of the intestinal microbiota. In addition, inter-individual variability is a major obstacle in identifying the effects of nutritional interventions and the mechanisms underlying them. The main objective of this project was to assess the impact of raspberry consumption on the parameters of metabolic syndrome, in particular by using omics technologies to define these effects more precisely according to the individuals. In a two-arm parallel-group, randomized, controlled trial, 29 participants with metabolic disorders consumed 280 g of raspberries daily for 8 weeks, while 30 others maintained their usual diet. The intervention did not demonstrate major effects on metabolic syndrome parameters. Nevertheless, the application of a discrimination method based on the variation of whole blood transcriptome allowed to identify "responders" and "non-responders", whose microbial signatures prior to the intervention differed. An exploratory study was also conducted on a specific dimension of response to the intervention: subjects were stratified according to their changes in plasma trimethylamine N-oxide level in response to raspberry consumption and their microbial signatures were analysed. It follows that omics tools, through the visibility they offer on the molecular processes, constitute a major asset in the implementation of such nutritional intervention studies, by facilitating the highlighting of their effects despite inter-individual variability.