Titre de l'écran-titre (visionné le 1 novembre 2023) / Longtemps, les effets bénéfiques sur la santé des flavan-3-ols, la classe de (poly)phénols la plus consommée dans la diète occidentale, ont été associés à leur effet antioxydant dans l'organisme. Toutefois, moins de 10% de ces molécules sont absorbées dans l'intestin grêle, ce qui ne permet pas de procurer un effet antioxydant significatif dans l'organisme. Puisque la majorité des flavan-3-ols (> 90%) se rend jusqu'au côlon, l'interaction bidirectionnelle entre les flavan-3-ols et le microbiote intestinal expliquerait plutôt leurs effets sur la santé. D'une part, certaines bactéries du microbiote intestinal sont en mesure de dégrader les flavan-3-ols en métabolites bioactifs et biodisponibles. D'autre part, les flavan-3-ols peuvent moduler la composition du microbiote intestinal en favorisant la croissance des bactéries bénéfiques et en inhibant les bactéries pathogènes. De plus, les résultats des grandes études cliniques visant à démontrer l'effet des flavan-3-ols sur la santé sont souvent très hétérogènes en raison de la grande variabilité inter-individuelle de la capacité du microbiote intestinal à convertir ces molécules en métabolites. Afin de caractériser cette variabilité inter-individuelle, il a été proposé de stratifier la population en phénotypes métaboliques définis par la production de métabolites issus de la dégradation de (poly)phénols spécifiques par le microbiote intestinal, nommés métabotypes, mais aucune définition claire n'a encore été obtenue avec les flavan-3-ols. Le but de cette thèse est de caractériser l'interaction bidirectionnelle entre les flavan-3-ols et le microbiote intestinal, ainsi que la variabilité inter-individuelle qui en découle. Plus spécifiquement, ces travaux visent à améliorer les méthodes d'analyses des métabolites microbiens de flavan-3-ols, à définir les métabotypes associés au métabolisme des flavan-3-ols par le microbiote intestinal et à évaluer la capacité de ces molécules à moduler positivement la composition du microbiote intestinal. Dans un premier temps, une technique d'hydrolyse enzymatique a été mise au point afin de pouvoir quantifier efficacement les métabolites microbiens de flavan-3-ols dans l'urine à l'aide de standards analytiques abordables et disponibles commercialement. De plus, une nouvelle méthode de quantification à haut débit a été développée afin de réduire le temps d'analyse d'environ 15 minutes à seulement quelques secondes. Ensuite, cette approche a été appliquée à une étude clinique où 39 sujets ont consommé un extrait de canneberge riche en flavan-3-ols durant 4 jours. De plus, les échantillons fécaux prélevés avant l'intervention ont permis d'effectuer une cinétique de dégradation in vitro (i) d'épicatéchine, un flavan-3-ol monomérique pur servant de modèle, et des extraits purifiés en flavan-3-ols polymériques (ii) d'aronie et (iii) de canneberge durant 24h. L'étude du métabolisme microbien de l'épicatéchine a mis en évidence que les sujets se regroupaient en métabotypes sur la base de leur vitesse de métabolisation de ce substrat et de leur production de métabolites spécifiques. En effet, des métabolisateurs lents et rapides, ainsi que trois profils métaboliques distincts, associés à des microbiotes intestinaux spécifiques, ont pu être identifiés. Toutefois, il n'a pas été possible de définir des métabotypes associés au métabolisme des flavan-3-ols d'aronie et de canneberge. Ces cinétiques ont plutôt mis en évidence que les flavan-3-ols polymériques d'aronie et de canneberge n'étaient que très peu dégradés (< 1%) par le microbiote intestinal. Ce résultat a également été confirmé par l'analyse de l'excrétion urinaire des métabolites microbiens de flavan-3-ols avant et après la supplémentation avec l'extrait de canneberge. Toutefois, l'étude métataxonomique des échantillons fécaux des 39 sujets suite à la supplémentation en flavan-3-ols de canneberge a permis de démontrer un effet bifidogénique, c'est-à-dire une stimulation de la croissance des espèces bactériennes associées au genre Bifidobacterium. De plus, ces travaux ont permis de démontrer que l'extrait de canneberge modulait différemment le microbiote intestinal des individus, dépendamment de sa composition initiale. En effet, l'extrait de canneberge permettait de favoriser la croissance de Fæcalibacterium chez les sujets ayant Prevotella dans leur microbiote initial. Ces résultats confirment que les flavan-3-ols polymériques sont capables de moduler le microbiote intestinal, et ce malgré leur faible métabolisation. En somme, l'approche multidisciplinaire, allant de la chimie analytique à la microbiologie, utilisée dans le cadre de cette thèse a permis de caractériser l'interaction bidirectionnelle entre les flavan-3-ols et le microbiote intestinal, autant in vitro qu'in vivo, et de mieux comprendre la variabilité inter-individuelle qui y est associée. Ces travaux pavent la voie au développement d'approches de nutrition personnalisée. / Health benefits of flavan-3-ols, the most consumed (poly)phenols class in the Western diet, were previously attributed to their antioxidant activity within the host. However, less than 10% of these molecules are absorbed in the small intestine. Hence, they cannot exert significant antioxidant activity in the host. Since the majority (> 90%) reaches the colon, their bidirectional interaction with the gut microbiota rather explains their positive effects on health. On the one hand, specific gut bacteria can convert flavan-3-ols into bioavailable and potentially bioactive metabolites. On the other hand, flavan-3-ols can positively modulate the composition of the gut microbiota by stimulating the growth of beneficial bacteria and by inhibiting the pathogenic ones. In addition, the results obtained in large clinical trials attempting to demonstrate the effect of flavan-3-ols are heterogeneous due to the high inter-individual variability of the capacity of the gut microbiota to convert these molecules into metabolites. To characterize this inter-individual variability, it has been proposed to stratify the population into metabolic phenotypes defined by the production of metabolites from the metabolism of specific (poly)phenols by the gut microbiota, so called metabotypes, but no clear definition has yet been obtained with flavan-3-ols. This thesis aimed to characterize the bidirectional interaction between flavan-3-ols and gut microbiota, as well as the resulting inter-individual variability. Specifically, the goals were to improve the methods for microbial flavan-3-ols metabolites quantification, to define the metabotypes associated with the metabolism of flavan-3-ols by the gut microbiota and to assess the capacity of these molecules to positively modulate the composition of the gut microbiota. First, a method using enzymatic hydrolysis was developed to accurately quantify microbial flavan-3-ols metabolites in urine with affordable and commercially available analytical standards. In addition, a new high-throughput method was developed to reduce the analysis time from around 15 minutes to just a few seconds. Then, this approach was applied to a clinical study involving 39 subjects who consumed a flavan-3-ols-rich cranberry extract for 4 days. In addition, fecal samples collected before the intervention were used to perform in vitro degradation kinetics of (i) epicatechin, a pure monomeric flavan-3-ol used as a model, and purified polymeric flavan-3-ols from (ii) aronia and (iii) cranberry for 24h. Results obtained from microbial metabolism of epicatechin revealed that subjects clustered into metabotypes based on their conversion rate of epicatechin and on the production of specific metabolites. In fact, slow and fast metabolizers, as well as 3 distinct metabolic profiles, associated with specific gut microbiota, were identified. However, it was not possible to define metabotypes associated with the metabolism of flavan-3-ols from aronia and cranberry. These experiments rather demonstrated that the polymeric flavan-3-ols from aronia and cranberry were only slightly degraded (< 1%) by the intestinal microbiota. This result was also confirmed by the analysis of urinary excretion of microbial flavan-3-ol metabolites before and after supplementation with the cranberry extract. However, metataxonomics analysis of the fecal samples of the 39 subjects following supplementation with cranberry extract demonstrated a bifidogenic effect, i.e. stimulation of the growth of bacterial species associated with the genus Bifidobacterium. In addition, we demonstrated that cranberry extract supplementation differently modulated the gut microbiota of the participants, depending on its initial composition. Indeed, cranberry extract promoted the growth of Fæcalibacterium in subjects with Prevotella in their initial microbiota. These results confirm that polymeric flavan-3-ols can modulate the gut microbiota, despite their low metabolism. In conclusion, the multidisciplinary approach, ranging from analytical chemistry to microbiology, used in this thesis allowed to characterize the bidirectional interaction between flavan-3-ols and the intestinal microbiota, both in vitro and in vivo, and to better understand the inter-individual variability associated with it. This work paves the way for the development of personalized nutrition approaches.

La présente étude visait à évaluer le potentiel de cultures lactiques bioprotectrices de même que leurs métabolites à activité antimicrobienne (bactériocines) pour le contrôle de Clostridium tyrobutyricum dans du fromage de type Cheddar et la prévention des défauts de texture et de saveur qui lui sont associés.Trois cent quarante et une souches de bactéries lactiques ont été criblées in vitro pour leur capacité à produire des molécules antimicrobiennes actives contre C. tyrobutyricum ATCC 25755. Trois isolats identifiés comme étant des Lactococcus lactis ssp. lactis ont montré une activité inhibitrice significative contre C. tyrobutyricum. L’opéron codant pour la production de nisine A a été identifié chez ces trois isolats alors que la production de nisine a été confirmée par des tests de diffusion sur gélose contre C.tyrobutyricum. Des essais d’interaction et de biocompatibilité entre ces souches productrices de nisine A et des ferments industriels pour fromage Cheddar ont permis de définir un ferment protecteur mixte comprenant un Lactococcus lactis ssp lactis CUC-H, lactococcus lactis ssp cremoris CUC222 et Lactococcus lactis ssp lactis 32 producteur de nisine A. D’autre part, de la nisine A a été produite et purifiée à partir du surnageant de culture de la souche Lactococcus lactis ssp lactis 32 puis encapsulée dans des billes constituées d'alginate et d'amidon non gélatinisé. Le ferment mixte protecteur de même que la nisine purifiée encapsulée ont été testés pour leur efficacité à inhiber C. tyrobutyricum dans un caillé modèle de fromage Cheddar en utilisant deux concentrations de sel (1.3 et 2%), pendant deux semaines à 30°C et pendant un mois à 4°C. Les résultats obtenus avec les échantillons de caillé modèle ont été validés lors d’une production à l’échelle pilote de fromage Cheddar. Les résultats ont montré que C. tyrobutyricum n'a pas été détectée dans les échantillons entreposés à 4°C contenant de la nisine encapsulée à partir de la 3e semaine en présence de 1.3% de sel et de la deuxième semaine en présence de 2% de sel. Lorsque le ferment protecteur est utilisé, une diminution d'environ 0.6 log₁₀ de C. tyrobutyricum a été observée à partir de la deuxième semaine dans le caillé modèle entreposé à 4°C. D’autre part, l'analyse de chromatographie en phase liquide à haute performance (CLHP) des caillés a montré que Lactococcuslactis ssp lactis 32 était capable de produire in situ de la nisine à partir de la deuxième semaine.Les résultats de l’analyse métagénomique montrent que l'abondance relative du genre Clostridium a diminuée dans les caillés fromagers en présence aussi bien de la souche protectrice que de la nisine encapsulée, comparativement aux fromages témoins. Ces résultats confirment que l’ajout de Lactococcus lactis ssp. lactis 32 en tant que souche protectrice productrice de nisine permet de contrôler le développement de C. tyrobutyricum dans les caillés modèles de fromage cheddar. Les résultats obtenus dans le fromage Cheddar produit à l’échelle pilote ont montré une réduction de 1log₁₀ de C. tyrobutyricum dans les groupes traités aussi bien avec la nisine encapsulée qu’avec la souche protectrice. De plus, l’analyse de l’activité protéolytique des fromages a montré une augmentation significative de la fraction d’azote soluble dans l'eau en présence de la souche protectrice ou de la nisine encapsulée. En revanche, les teneurs en azote des fractions TCA et PTA étaient plus élevées dans le groupe contenant de la nisine encapsulée. En conclusion, les deux stratégies utilisées dans le cadre de cette étude basées sur l’utilisation de lanisine purifiée encapsulée ou de la souche L. lactis ssp lactis 32 productrice de nisine semblent être efficaces à différents niveaux pour le contrôle de C. tyrobutyricum dans du fromage Cheddar. La présence de nisine dans la matrice fromagère semble également avoir des effets significatifs sur l’activité protéolytique globale de la matrice fromagère. Ce résultat suggère des effets potentiels sur la vitesse de maturation des fromages ainsi que sur leurs caractéristiques organoleptiques et sensorielles. / The present study aimed to assess the potential of bioprotective lactic acid cultures as well as their metabolites with antimicrobial activity (bacteriocins) for the control of Clostridium tyrobutyricum in Cheddar-type cheese and the prevention of texture and flavour side effects.Three hundred forty-one strains of Lactococci have been screened in vitro for their ability to produce antimicrobial molecules active against C. tyrobutyricum ATCC 25755. Three isolates identified as Lactococcus lactis ssp. lactis showed significant inhibitory activity against C. tyrobutyricum. The gene coding for the production of nisin-A has been identified in these three isolates while the production of nisin has been confirmed by agar diffusion test against C. tyrobutyricum ATCC 25755. Interaction and biocompatibility assays between these nisin-A producing strains and industrial starter for Cheddar cheese allowed to define a mixed protective starter comprising a Lactococcus lactis ssp lactis CUC-H,a Lactococcus lactis ssp cremoris CUC 222 and Lactococcus lactis ssp lactis 32 as a nisin-A producer. Nisin-A was also purified, then encapsulated in vesicles made of alginate and non-gelatinized starch.The effectiveness of the protective mixed starter as well as the encapsulated nisin were tested for their effectiveness in inhibiting C. tyrobutyricum in a Cheddar cheese slurry using two different salt concentrations (1.3 and 2%), for two weeks at 30 °C or for one month at 4 °C. The results obtained with the cheese slurry samples were validated during a pilot scale production of Cheddar cheese.The results showed that C. tyrobutyricum was not detected in the samples containing encapsulated nisin from third week in the presence of 1.3% salt and from second week in the presence of 2% salt at 4 °C. When the protective starter is used, a progressive decrease in the number of C. tyrobutyricum, of approximately 0.6 log₁₀, was observed from the second week in cheese slurry stored at 4 °C. High performance liquid chromatography (HPLC) analysis indicated that the protective culture was capable of producing nisin in situ since the second week.The results of the metagenomic analysis showed that the relative abundance of the genus Clostridium decreased in cheese samples in the presence of both the protective strain and the encapsulated nisin, compared to the control. These results confirm that the addition of Lactococcus lactis ssp. lactis 32 asa nisin-A producing strain helps in controlling C. tyrobutyricum in cheddar cheese slurries. In Cheddar cheese produced at a pilot scale, a reduction of 1.0 log₁₀ in the number of C. tyrobutyricum was obtained in cheeses treated with both the encapsulated nisin and with the protective strain. In addition, analysis of the proteolytic activity of cheeses showed a significant increase in the water-soluble nitrogen (WSN) fraction in the presence of the protective strain or of the encapsulated nisin. On the other hand, the TCA- soluble nitrogen and PTA- soluble nitrogen fractions were higher in the encapsulated nisin group. In conclusion, the two strategies used in this study based on the use of encapsulated nisin or ofNisin-producing Lactococcus lactis appear to be effective at various extend for the control of C.tyrobutyricum in Cheddar cheese. The presence of nisin in the cheese matrix also seems to have significant effects on the overall proteolytic activity of the cheese matrix. This result suggests potential effects on the ripening speed of cheeses as well as on their intrinsic organoleptic and sensory characteristics.

Le rôle crucial du tractus gastrointestinal dans la pathogenèse et la pathophysiologie des troubles cardiométaboliques (TCM) et du syndrome métabolique (SM) est actuellement bien établi. Plusieurs facteurs, incluant le stress oxydatif (SOx), l'inflammation et la résistance à l'insuline (RI), perturbent l'homéostasie intestinale et causent des TCM. Les polyphénols (PP) ont des effets biologiques bénéfiques dans la prévention de pathologies métaboliques. Cependant, leurs mécanismes d'actions, surtout au niveau de l'axe intestin-foie, ne sont pas bien compris. Par ailleurs, malgré les nombreuses études sur les effets biologiques et la biodisponibilité des PP, il existe encore des zones d’ombres concernant les interactions entre le microbiote intestinal et les PP et les conséquences subséquentes sur la santé intestinale et métabolique. Dans ce travail de recherche, nous favorisons l’axiome selon lequel les PP, notamment ceux de grande taille moléculaire tels que les proanthocyanidines (PACs), pourraient être utile pour combattre les maladies métaboliques grâce à leurs actions antioxydante et anti-inflammatoire. Toutefois, ces actions précitées des PACs dépendraient d’une régulation en amont du microbiote intestinal. L’objectif central consiste à démontrer les effets bénéfiques des PACs dans la prévention des dérèglements métaboliques dans deux modèles distincts, l’un cellulaire et l’autre animal et d’en étudier les mécanismes. Les effets des PACs sur la RI, les dérangements métaboliques intestinaux grâce à la production de métabolites ont été étudiés. Dans une première étape, nous avons étudié les mécanismes d’actions des PACs et de l’un de leurs métabolites majeurs, le 4,5-dihydroxyphenyl valerolactone (DHPVL), dans la prévention des maladies métaboliques et dans le maintien de l’homéostasie intestinale en utilisant la lignée cellulaire intestinale Caco-2/15. Ces cellules constituent un outil de choix pour l’investigation du SOx, la défense antioxydante et l’inflammation en relation directe avec nos objectifs. Les résultats suggèrent que la capacité des PACs à augmenter la défense antioxydante et anti-inflammatoire et à améliorer l’homéostasie intestinale passeraient en partie probablement par leurs métabolites microbiens. Dans une deuxième étape, en utilisant le modèle murin C57BL6, nous avons déterminé l’impact des PACs sur l’homéostasie métabolique intestinale et hépatique, via l’atténuation du SOx et l’inflammation, le maintien de l’intégrité de la barrière intestinale, la prévention de l’endotoxémie métabolique et les modifications du profil lipidique et de la fonction du microbiote intestinal. Cette partie a évalué les aspects préventifs et thérapeutiques des PACs en spécifiant leurs bénéfices biologiques et voies mécanistiques dans des organes métaboliques clés. Pour étudier ces mécanismes et les comprendre, nous avons utilisé le modèle dysmétabolique de souris C57BL6 soumises à une diète riche en lipides et en sucrose (HFHS), servant à développer le SM et les complications cardio-métaboliques afin d’examiner l’action des PACs. Le développement de l’obésité, de la RI ainsi que la survenue d’autres altérations métaboliques ont été prévenus par l’administration de PACs. Les résultats de cette thèse permettent une meilleure compréhension des mécanismes d’actions qui sous-tendent les effets préventifs et thérapeutiques des PACs dans les désordres métaboliques, en particulier dans l’axe intestin-foie. / The crucial role of the gastrointestinal tract in the pathogenesis and pathophysiology of cardiometabolic disorders (CMD) and metabolic syndrome (MetS) is currently recognized. Several factors, including oxidative stress (OxS), inflammation and insulin resistance (IR), disrupt intestinal homeostasis and cause CMD. Polyphenols (PP) have beneficial biological effects in the prevention of metabolic pathologies. However, their mechanisms of action, especially in the gut-liver axis, are not well understood. Moreover, despite numerous studies on the biological effects and bioavailability of PP, there are still grey areas concerning the interactions between the intestinal microbiota and PP and the subsequent consequences for intestinal and metabolic health. In this research work, we promote the axiom that PP, particularly those of large molecular size such as proanthocyanidins (PACs), could be useful in combating metabolic diseases thanks to their antioxidant and anti-inflammatory actions. However, the aforementioned actions of PACs would depend on upstream regulation of the intestinal microbiota. The central objective is to demonstrate the beneficial effects of PACs in preventing metabolic disorders in two distinct models, one cellular and the other animal, and to study the mechanisms involved. The effects of PACs on IR and intestinal metabolic disturbances through metabolite production were studied. In a first step, we investigated the mechanisms of action of PACs and one of their major metabolites, 4,5-dihydroxyphenyl valerolactone (DHPVL), in the prevention of metabolic diseases and in the maintenance of intestinal homeostasis using the Caco-2/15 intestinal cell line. These cells are a tool of choice for investigating OxS, antioxidant defense and inflammation in direct relation to our objectives. The results suggest that the ability of PACs to enhance antioxidant and anti-inflammatory defense and improve intestinal homeostasis is probably partly mediated by their microbial metabolites. In a second step, using the C57BL6 mouse model, we determined the impact of PACs on intestinal and hepatic metabolic homeostasis, via attenuation of OxS and inflammation, maintenance of intestinal barrier integrity, prevention of metabolic endotoxemia and changes in lipid profile and gut microbiota function. This section assessed the preventive and therapeutic aspects of PACs, specifying their biological benefits and mechanistic pathways in key metabolic organs. To investigate and understand these mechanisms, we used the dysmetabolic model of C57BL6 mice subjected to a high-fat, high-sucrose diet (HFHS), used to develop MetS and cardio-metabolic complications to examine the action of PACs. The development of obesity, IR and other metabolic alterations was prevented by the administration of PACs. The results of this thesis provide a better understanding of the mechanisms of action underlying the preventive and therapeutic effects of PACs in metabolic disorders, particularly in the intestine-liver axis.