Les probiotiques sont des microorganismes vivants qui, ingérés en quantité suffisante, exercent des effets positifs sur la santé. La lyophilisation est aujourd’hui questionnée quant à sa consommation d’énergie et son caractère discontinu. S’il offre une alternative pour produire massivement des poudres probiotiques à faible coût, le séchage par atomisation induit quant à lui des stress thermiques et oxydatifs conduisant à des pertes de viabilité rédhibitoires.Dans ce travail, un procédé innovant de séchage par atomisation est proposé. Du lactosérum doux concentré (jusqu’à 30% p/p) est utilisé à la fois comme support de culture et de séchage de P. freudenreichii et L. casei. Ce procédé élimine les étapes intermédiaires à risque de contamination élevé, accroît la biomasse et améliore la viabilité des bactériesLes mécanismes sous-jacents ont été explorés au plan de la résistance bactérienne et des conditions de séchage. Le milieu concentré induit une osmoadaptation des bactéries par expression de protéines de stress et accumulation de solutés compatibles, conduisant à une tolérance accrue des probiotiques à différents stress. La présence d’agrégats et la concentration en Mg2+ du milieu concentré pourraient également être impliquées.Le scale-up du procédé a été étudié : un schéma technologique semi-industriel impliquant séchage par atomisation, sur bande et en lit fluidisé a permis d’atteindre une viabilité de 100% (> 109 CFU g-1). Par ailleurs, la fonctionnalité des poudres probiotiques a été évaluée in vitro and in vivo sur modèle porcelet. Ce travail ouvre de nouvell / Probiotics are live microorganisms that, when administered in adequate amounts, confer a health benefit on the host. Freeze drying, the reference drying method, is currently challenged because of its low energy-efficiency and productivity. Therefore, spray drying is expected to be an alternative and sustainable method for producing probiotic powders. The issue remains in the considerable inactivation of probiotics caused by high temperature and dehydration during the process. In this work, a novel spray-drying process for continuous production of probiotics was challenged. Concentrated sweet whey (up to 30% w/w dry matter) was used to both culture and spray dry P. freudenreichii ITG P20 and L. casei BL23. This process cut down the steps between culturing and drying (e.g. harvesting, washing), increases the cell population after growth and improves spray drying productivity and probiotic viability. The mechanisms were explored from bacterial physiology and drying process conditions. The hypertonic stress led to overexpression of key stress proteins and accumulation of intracellular compatible solutes, which enhanced multistress tolerance. The presence of protein aggregates and optimal concentration of Mg2+ in matrix may also be involved.The feasibility of scaling up this process was validated. A multi-stage semi industrial drying process, coupling spray-drying with belt drying and fluid-bed drying, was applied to further improve the probiotic viability to 100% (> 109 CFU g-1). Moreover, the functionality of these probiotic powders was investigated in vitro and in viv

Les mammites ont un impact économique considérable dans les régions productrices de lait de divers pays, dont le Brésil et la France. Elles constituent la première cause de consommation d’antibiotiques dans les élevages laitiers qui doivent répondre à une forte demande sociétale pour une agriculture consommant moins d’intrants et plus respectueuse de l’environnement et du bien-être animal. Il y a donc une réelle nécessité de trouver des outils alternatifs efficaces pour le contrôle des mammites bovines infectieuses. Ce travail de thèse a eu comme objectif la recherche de souches de bactéries lactiques (BL) ayant des capacités inhibitrices de l'infection mammaire, pouvant être utilisées comme probiotiques mammaires. Pour cela, 278 (165 en France et 113 au Brésil) souches bactériennes ont été isolées à partir de lait et de la superficie et du canal du trayon de vaches laitières et 10 souches non-redondantes de BL ont été identifiées et caractérisées en fonction de leurs propriétés deparoi et de production de composés inhibiteurs avant d'évaluer leurs interactions avec des agents pathogènes responsables de mammites et/ou avec les cellules hôtes dans un modèle de cellules épithéliales mammaires bovines (CEMb). Deux souches de Lactobacillus brevis et une de Lactobacillus plantarum ont montré une bonne capacité d’adhésion aux cellules épithéliales ce qui pourrait inhiber l'invasion par Staphylococcus aureus, un pathogène majeur responsable de mammites, et de stimuler la production de cytokines pro- et anti-inflammatoires par les CEMb. D'autres tests d'interaction avec des lign / Mastitis causes huge economic losses in the dairy sector both in Brazil and France. They also are the first cause of antibiotic consumption in the dairy farms. There is thus a need for new alternatives to antibiotics to control infectious mastitis. In this thesis work, we isolated 278 (165 in France and 113 in Brazil) bacterial strains from bovine milk and teat canal, and identified 10 non-redundant lactic acid bacteria (LAB) strains that were further tested as potential mammary probiotic candidates. LAB strains were tested for their surface properties and production of inhibitory compounds and then evaluated for their interactions with Staphylococcus aureus and Escherichia coli, two major mastitis pathogens, or with bovine mammary epithelial cells (bMEC), in vitro. Some LAB strains (Lactobacillus brevis e Lactobacillus plantarum) presented inhibitory capacity against S. aureus adhesion and internalisation and were shown to stimulate the production of pro- and anti-inflammatory cytokinin bMEC. Other interaction tests with bMEC showed that Lactococcus lactis V7 was able to significantly inhibit bMEC invasion by Escherichia coli and S. aureus. Although the inhibitory mechanism was not elucidated, Lactococcus lactis V7 showed promising capacities in terms of mammary probiotic potential with, notably, the ability to modulate the immune response of E. coli-infected bMEC by modifying the expression of inflammatory cytokine genes. In this work, several LAB strains were identified in the milk and teat canal microbiota. We showed that L. brevis, L. plantarum and Lactococcus lactis

De nos jours, l’obésité est un problème majeur de santé publique dont la prévalence mondiale ne cesse d’augmenter. Ainsi selon la National Health and Nutrition Examination Surveys (NHANES), le pourcentage d’adultes obèses aux Etats-Unis a presque doublé entre 1976-1980 et 1999-2002. De plus, pour la première fois dans l’histoire des Etats-Unis, la longévité de l’actuelle génération d’enfants est estimée à la baisse. Cette augmentation de l’obésité résulte à la fois de prédispositions génétiques et de facteurs environnementaux tels que l’accès à la nourriture, le tissu social, le régime alimentaire ou encore le manque d’activité physique. , Aussi, de récentes études ont suggéré que la flore microbienne intestinale jouait un rôle majeur dans la conversion énergétique des nutriments et son stockage. Bien que très peu d’expériences aient été réalisées, le rôle des Lactobacillus spp. a déjà été évoqué dans la prise de poids chez l’homme. Deux importantes études, l’une menée au Danemark et l’autre au sein même de notre laboratoire, ont montré que les Lactobacillus spp. étaient présents en quantité plus importante chez les sujets obèses par rapport aux contrôles et que leur taux corrélaient à la glycémie chez des patients diabétiques de type II (obèses). L’effet des Lactobacillus spp sur la prise de poids a été beaucoup plus étudié chez les animaux. En effet, l’agriculture représente l’un des domaines majeur d’utilisation des antibiotiques comme « growth promoters », notamment l’avoparcin qui empêche le développement de nombreuses bactéries dont des Gram positives comme les Actinobacteria et les Firmicutes à l’exception toutefois des Lactobacillus spp. Les probiotiques sont aussi utilisés comme « growth promoters » et il a été montré que l’addition de 106 Lactobacillus spp. dans les régimes alimentaires d’animaux permettait de modifier leur flore microbienne intestinale et d’entrainer un gain de poids important. A partir de toutes ces constatations, nous avons émis l’hypothèse que les bactéries pouvaient jouer un rôle dans l’obésité via une modification de la composition de la flore intestinale. Il nous est également apparu essentiel d’évaluer l’effet de l’addition de concentration bactérienne importante dans l’alimentation quotidienne. L’objectif de notre étude est ainsi d’évaluer le rôle des Lactobacillus spp. en tant que facteur de croissance et d’évaluer leur impact sur la prise de poids. / The prevalence of obesity is a major world health problem that is rapidly increasing. In the USA, according to the National Health and Nutrition Examination Surveys (NHANES), the percentage of obese adults nearly doubled between NHANES 1976–1980 and NHANES 1999– 2002. Moreover, because of the increase in prevalence of American childhood obesity, the current children generation is predicted to be the first in United States to see a decrease in longevity. Obesity results from a mixture of genetic background and environmental factors including food availability, social networks, diet, and physical activity. Recent evidence suggests that gut microbiota plays a major role in energy intake, conversion and storage. Although very few reports have investigated gut microbiota and its association with obesity, several evidences support a role of Lactobacillus spp. in weight gain within human. Lactobacillus spp. were found at higher levels among obese subjects in two major studies, one conducted by us and one made in Denmark. Moreover, the rate of Lactobacillus spp. was correlated with blood glucose in subjects with type II diabetes (obese). In agriculture avoparcin which is one of the most used antibiotics to cause weight gain in animals, is effective on most bacteria including Gram-positive Actinobacteria and Firmicutes, with the notable exception on some Lactobacillus spp.. In addition, probiotics are also used as growth promoters and the addition of even 106 Lactobacillus spp in the diet of farm animals results in gut microbiota changes and weight gain. As a result, we hypothesized that bacteria could play a role in the obesity pandemic notably with the ingestion of probiotics that modified the gut microbiota structure. In addition, we stressed the necessity for further investigations to assess the effects of routinely adding high amounts of bacteria in food. The objective of our study was to evaluate the putative role of Lactobacillus sp. in growth promotion.

Les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI), qui comprennent les deux principales formes, la maladie de Crohn (MC) et la rectocolite hémorragique (RCH), sont caractérisées par une inflammation chronique et récurrente de la muqueuse intestinale, ayant un impact considérable sur la qualité de vie. À l'heure actuelle, la prise en charge thérapeutique de la MC n'est pas curative et un tiers des patients ne réagissent pas aux traitements biologiques et aux immunosuppresseurs. Par conséquent, de nouvelles stratégies pour traiter cette maladie sont fortement attendues. La dérégulation de l'interaction entre d'une part les facteurs génétiques et le système immunitaire de l'hôte, et d'autre part le microbiote intestinal et les facteurs environnementaux, est impliquée dans le développement des MICI. Cette perturbation entraîne effectivement une augmentation de la perméabilité intestinale et une inflammation persistante. Restaurer le microbiote «dysbiotique» et les fonctions intestinales altérées représentent donc une thérapeutique alternative intéressante. De ce fait, les probiotiques sont une option intéressante et ont été utilisés avec succès chez des patients souffrant de pouchite et de RCH. Cependant, leur effet protecteur est clairement souche-dépendant et plusieurs souches probiotiques bien connues n’ont pu conduire à un résultat clinique probant, en particulier chez les patients souffrant de MC. Le décryptage des mécanismes moléculaires sera donc la clé pour permettre une recommandation efficace des probiotiques dans le traitement ou la prévention des MICI. La sélection de souches basée sur des critères de sélection bien définis et en utilisant des modèles bien maitrisés est indispensable à ce processus. L'objectif principal de cette thèse était de sélectionner des lactobacilles et des bifidobactéries parmi une collection de souches françaises et libanaises, capables de présenter des propriétés protectrices contre les MICI, en se concentrant sur leurs capacités immuno-régulatrices et leurs capacités à renforcer la barrière épithéliale. Des approches in vitro ont été utilisées pour sélectionner des souches ayant une activité anti-inflammatoire et également capables d'améliorer la fonction de la barrière intestinale. Cinq souches ont été identifiées présentant des caractéristiques différentes, mais avec un potentiel thérapeutique élevé. Deux souches se sont révélées hautement protectrices dans deux modèles différents de colite aiguë et de colite de bas grade. Nos résultats ont confirmé en outre l'hypothèse selon laquelle la capacité des souches à atténuer l'inflammation est en partie due à l'amélioration de la barrière intestinale et à la restauration des protéines de jonction serrés.Un nombre croissant d’études génétiques ont prouvé que l’autophagie peut affecter plusieurs aspects de la réponse immunitaire des muqueuses, notamment via l’élimination de bactéries intracellulaires, la sécrétion de peptides antimicrobiens, la production de cytokines pro-inflammatoires et la présentation des antigènes. Par conséquent, l'autophagie peut être considérée comme un mécanisme de régulation clé impliqué dans la physiopathologie de la MC. Nous avons donc évalué la capacité des souches à activer cette voie et montré que les souches sélectionnées étaient en effet capables d’induire une activation de l’autophagie dans des cellules dendritiques murines. Nous avons démontré in vitro que le blocage de l'autophagie pouvait diminuer la capacité des souches à induire la sécrétion d'IL-10, cytokine anti-inflammatoire et, inversement, à exacerber la sécrétion d'IL-1β, cytokine pro-inflammatoire. Nous avons pu confirmer, à l'aide d'un modèle murin de colite, que la capacité protectrice d’une souche impliquait la machinerie autophagique, et nous avons pu mettre en évidence le rôle des cellules dendritiques dans ce processus [...] / Inflammatory bowel disease (IBD), including the two main types, Crohn’s disease (CD) and ulcerative colitis (UC), is characterized by chronic, relapsing inflammation of the gut mucosa with considerable impact on the quality of life. At present, the therapeutic management of CD is not curative and one third of patients fails to respond to current biologicals and immunosuppressive drugs. Therefore new strategies for treating this disease are imperative.The deregulation of the normal interplay between the genetics and immune system of the host on the one hand, and the gut microbiota and environmental factors on the other hand, is known to be associated with the development of IBD, as this disturbance is leading to increased intestinal permeability and persistent inflammation. Restoring the “dysbiotic” microbiota and the impaired intestinal functions represent an attractive therapeutic alternative. Probiotics represent therefore an interesting option and have been used quite successfully in patients suffering from pouchitis and UC. However, their protective effect is clearly strain-dependent and several well-known probiotic strains failed to fulfill the expected clinical outcome, especially when applied in CD. Deciphering the molecular mechanisms will be the key to the recommendation of probiotics for the treatment or prevention of IBD. Selecting strains on well-defined selection criteria and using well-studied models is indispensable to this process.The main objective of this thesis was first to select lactobacilli and bifidobacteria from a collection of French and Lebanese strains that exhibited protective properties against IBD, focusing on their immunoregulatory capacities and their capacities to strengthen the epithelial barrier.In vitro approaches were used to select strains with anti-inflammatory activity and also able to enhance intestinal barrier function. Five strains were identified with different characteristics, but entailing a high potential for the management of IBD. Two strains, e.g. were found to be highly protective in two different models of acute and low grade colitis. Our results furthermore support the hypothesis that the capacity of the strains to alleviate inflammation is in part mediated by the improvement of the intestinal barrier and the restoration of tight junction proteins.A growing number of genetic studies provided strong evidence that autophagy machinery can affect several aspects of the mucosal immune response, including intracellular bacterial killing, antimicrobial peptide secretion, pro-inflammatory cytokine production and antigen presentation. Therefore, autophagy can be considered as a key regulator mechanism most likely involved in the physio-pathogenesis of CD.We therefore evaluated the capacity of the strains to activate this pathway and showed that the selected strains were indeed able to induce autophagy activation in dendritic cells. We demonstrated in vitro that blocking the autophagy machinery can abolish the capacity to induce the secretion of the anti-inflammatory cytokine IL-10 after immune cell stimulation, while exacerbating the secretion of the pro-inflammatory cytokine IL-1β. We could confirm, using a murine model of colitis, that the protective capacity of the selected strains indeed involves autophagy mechanisms, and we could highlight the role of dendritic cells in this process. We therefore propose here that autophagy is a novel mechanism through which probiotics can exhibit their immunoregulatory capacities.

L'objectif général de cette thèse était d'isoler et d'identifier de nouvelles souches de levures ayant une activité antagoniste contre des pathogènes alimentaires tel que Listeria sp. à partir des produits laitiers du terroir québécois. L'utilisation potentielle de ces souches comme agent naturel pour la biopréservation des aliments a également été explorée. Au total, 95 levures isolées de lait et de fromage du terroir québécois ont été criblés pour leur activité inhibitrice notamment contre Listeria monocytoenes. Parmi celles-ci, quatre levures, à savoir Candida tropicalis LMA-693, Debaryomyces hansenii LMA-916, Pichia fermentans LMA-256 et Wickerhamomyces anomalus LMA-827 ont montré une activité inhibitrice liée à la production de substances extracellulaires hydrophobes facilement extraites à partir du surnageant de culture. Les extraits concentrés réalisés à partir de surnageant de ces souches ont montré une forte inhibition contre Listeria ivanovii HPB28 avec des réductions de compte microbiens de 97, 92, 84 et 78 % pour les souches LMA-693, LMA-916, LMA-256 et LMA-827, respectivement. Des essais visant à purifier et à caractériser des peptides antilisteria produits par W. anomalus LMA-827 ont été effectués à partir des surnageants de culture. Deux pics HPLC ayant démontré une inhibition significative de L. ivanovii HPB28 ont été alors identifiés et purifiés. Dans la deuxième partie de la thèse, l'effet protecteur contre L. monocytogenes LMA-1045 des souches D. hansenii LMA-916 et de W. anomalus LMA-827 a été évaluée dans un caillé modèle de type Camembert, en co-culture et en utilisant les extraits acétone concentrés provenant de ces souches. Les analyses microbiologiques des différents caillés modèles ont révélé une inhibition significative de L. monocytoenges LMA-1045 par les extraits acétone à partir du premier jour de maturation jusqu'au cinquième. Les observations en microscopie électronique ont révélé une forte proportion de cellules en processus de lyse ainsi que la formation de pores. Finalement, la survie de D. hansenii LMA-916 aux gastro-intestinales a été étudiée grâce à un simulateur dynamique in vitro du tube digestif (TIM-1). Cette souche a montré une tolérance au stress digestif et un taux de survie (nombre de UFC de l'extrant / nombre de UFC de l'intrant du TIM-1 multiplié par 100) de 2,08 % en comparant avec 1,85 % de Saccharomyces boulardii. / The overall objective of this thesis was to isolate and identify new yeast strains from Quebec dairy products with antagonistic activity against food-borne pathogens such as Listeria sp. It also aims to evaluate the potential of these strains to be used as a natural food biopreservation. A total of 95 isolates of yeasts isolated from milk and cheese of Quebec were screened. Four yeasts, in particular, namely Candida tropicalis LMA-693, Debaryomyces hansenii LMA-916, Pichia fermentans LMA-256, and Wickerhamomyces anomalus LMA-827 selected for their inhibitory activity against Listeria monocytogenes. The inhibitory activity of these strains appears to be related to the production of an extracellular hydrophobic substances extracted from the culture supernatant. The evaluation of the inhibitory activity of these strains showed a strong inhibition against L. ivanovii HPB28 with microbial reduction of 97, 92, 84 and 78 %, respectively. Attempts to purify and characterize peptides produced by W. anomalus were conducted from the culture supernatant. Two protein HPLC peaks have demonstrated significant inhibition of L. ivanovii HPB28 were then identified and purified. In the second part of the thesis, the protective effect of D. hansenii LMA-916 and W. anomalus LMA-827 was analyzed as well as their acetone extracts concentrated against L. monocytogenes LMA-1045 in Camembert cheese model curd. Microbiological analyzes of different curds models showed significant inhibition of L. monocytogenes LMA-1045 in Camembert curd models containing the acetone extracts from the first day of ripening up to the fifth and ninth days. The electron microscopy observations revealed an extensive cell lysis, with the formation of pores. Finally, the survival of D. hansenii LMA-916 in a Camembert curd model under the gastrointestinal stress was studied using dynamic simulator in vitro gastrointestinal tract (TIM-1). The behavior of this strain showed a digestive stress tolerance and survival rate (number of CFU in the effluent from the TIM-1 / number of CFU input to the TIM-1 multiplied by 100) 2.08 % comparing with 1.85 % for Saccharomyces boulardii.

Dans le côlon humain, le genre Faecalibacterium est le membre principal du groupe Clostridium leptum et comprend le deuxième genre représentatif le plus commun dans les échantillons fécaux, après Clostridium coccoides. Il a été reconnu comme une bactérie importante favorisant la santé intestinale et est aujourd'hui considéré comme un probiotique de prochaine génération. Jusqu'à récemment, on croyait qu'il n'y avait qu'une seule espèce dans ce genre, mais depuis 2012, certaines études ont commencé à suggérer l'existence de deux phylogroupes dans le genre. Cette nouvelle proposition de reclassification dans ce genre augmente l'importance de nouvelles études, toutes souches confondues, pour mieux comprendre la diversité, les interactions avec l'hôte et les aspects sécuritaires dans son utilisation comme probiotique. Brièvement, dans ce travail, nous introduisons les analyses de génomique comparative au genre Faecalibacterium en effectuant une étude phylogénétique profonde et en évaluant les aspects de sécurité pour son utilisation comme probiotique. Les analyses phylogénétiques comprenaient non seulement l'utilisation classique du gène de l'ARNr 16S, mais aussi l'utilisation de 17 génomes et techniques complets comme le typage de séquence multi-locus (wgMLST), l'identité nucléotidique moyenne (ANI), le synténie génique et le pangénome. C'est aussi le premier travail à combiner une analyse du développement du pangénome avec l'analyse ANI afin de corroborer l'attribution de souches à de nouvelles espèces. Les analyses phylogénétiques ont confirmé l'existence de plus d'une espèce dans le genre Faecalibacterium. De plus, l'évaluation de la sécurité impliquait (1) la prédiction des régions acquises horizontalement (îlots de résistance aux antibiotiques, îlots métaboliques et régions phagiques), (2) la prédiction des voies métaboliques, (3) la recherche de gènes liés à la résistance aux antibiotiques et des bactériocines. Ces analyses ont identifié des îlots génomiques dans tous les génomes, mais aucun d'entre eux n'est exclusif à une souche ou à une génospécie. En outre, ont été identifiés 8 gènes liés aux mécanismes de résistance aux antibiotiques répartis entre les génomes. 126 voies métaboliques ont été prédites et parmi certaines ont été mises en évidence: la dégradation du bisphénol A, le métabolisme du butanoate et la biosynthèse de la streptomycine. En outre, nous avons étudié le contexte génomique d'une protéine (molécule anti-inflammatoire microbienne - MAM) décrite pour la première fois par notre groupe. Cette recherche montre que la MAM apparaît proche des gènes liés au processus de sporulation et, dans certaines souches, proche d'un transporteur ABC. / Within the human colon, the genus Faecalibacterium is the main member of the Clostridium leptum cluster and comprises the second-most common representative genus in fecal samples, after Clostridium coccoides. It has been recognized as an important bacterium promoting the intestinal health and today is considered as a potential next generation probiotic. Until recently, it was believed that there was only one species in this genus, but since 2012, some studies have begun to suggest the existence of two phylogroups into the genus. This new proposition of reclassification into this genus increases the importance of new studies, with all strains, to better understand the diversity, the interactions with the host and the safety aspects in its use as probiotic. Briefly, in this work we introduce the comparative genomics analyzes to the genus Faecalibacterium performing a deep phylogenetic study and evaluating the safety aspects for its use as a probiotic. The phylogenetic analyzes included not only the classical use of 16S rRNA gene, but also the utilization of 17 complete genomes and techniques like whole genome Multi-Locus Sequence Typing (wgMLST), Average Nucleotide Identity (ANI), gene synteny, and pangenome. Also, this is the first work to combine an analysis of pangenome development with ANI analysis in order to corroborate the assignment of strains to new species. The phylogenetic analyzes confirmed the existence of more than one species into the genus Faecalibacterium. Moreover, the safety assessment involved the (1) prediction of horizontally acquired regions (Antibiotic resistance islands, Metabolic islands and phage regions), (2) prediction of metabolic pathways, (3) search of genes related to antibiotic resistance and (4) search of bacteriocins. These analyzes identified genomic islands in all genomes, but none of than are exclusive to one strain or genospecies. Also, were identified 8 genes related to antibiotic resistance mechanisms distributed among the genomes. 126 metabolic pathways were predicted and among than some were highlighted: Bisphenol A degradation, Butanoate metabolism and Streptomycin biosynthesis. In addition, we studied the genomic context of one protein (Microbial Anti-inflammatory Molecule - MAM) first described by our group. This investigation shows that MAM appears close to genes related to sporulation process and, in some strains, close to an ABC-transporter.

L’objectif de cette thèse est d’encapsuler dans une matrice polyosidique des probiotiques sous forme de biofilm en utilisant comme modèle Lactobacillus paracasei ATCC334. La matrice d’encapsulation (billes) est obtenue par gélification ionique d’une pectine amidée et faiblement méthylée en présence d’ions calcium. Nous avons remarqué que le réseau de pectine dans ces billes d’un diamètre d’environ 500 µm permet la formation de microcolonies sphériques (biofilm-like) avec une taille de 25 µm de diamètre. Une augmentation de la concentration bactérienne de L. paracasei ATCC334 de 3 Log d’UFC après 24 h de croissance des bactéries immobilisées est observée pour atteindre au sein de ces billes une concentration supérieure à 10 Log d’UFC/g humide. Nous avons également noté une distribution homogène des microcolonies dans les billes et une organisation structurée des bactéries au sein des microcolonies. En effet, une adhésion des bactéries à la matrice pectine est observée ainsi que la présence de substances polymériques permettant de lier les bactéries les unes aux autres. Les résultats suggèrent donc des phénomènes d’interaction entre le réseau formé par la pectine et les bactéries dans les billes. Nous avons montré que L. paracasei ATCC334 formulée en biofilm dans ces billes de pectine présente une résistance accrue à un stress gastrique (pH 2) et au séchage par lyophilisation. La capacité d’adhésion des bactéries formulées à des cellules épithéliales est conservée et la pectine semble stimuler cette adhésion aux cellules de l’hôte. Des résultats in-vivo utilisant un modèle murin d’inflammation intestinale montrent que les biofilms de L. paracasei ATCC334 sont libérés au niveau intestinal où ils s’implantent notamment dans le côlon. Des microcolonies de tailles approchant les 20 µm sont retrouvées au niveau du côlon suggérant que les billes de pectine ont libéré les bactéries sous forme de biofilm. Par ailleurs, l’administration aux souris de la formulation à base de pectine avec des biofilms de probiotiques a entrainé chez les souris ayant reçu un traitement DSS (une molécule capable de déclencher une inflammation intestinale) : une perte de poids moindre, un état de santé général amélioré, une muqueuse colique moins altérée ainsi qu’une diminution de la réponse inflammatoire. / The aim of this thesis is to encapsulate biofilm probiotics in a polysaccharide matrix using Lactobacillus paracasei ATCC334 as a model. The encapsulation matrix (beads) is obtained by the ionotropic gelation of amidated low-methoxylated pectin with calcium ions. We noticed that the pectin network in these beads with a diameter of approximately 500 microns, allow the formation of spherical microcolonies (biofilm-like) with a diameter of 25 microns. An increase of 3 Log CFU in the bacterial concentration of L. paracasei ATCC334 is observed after 24 hours of growth of the immobilized bacteria, while the observed concentration in these beads reaches more than 10 Log of CFU/g wet. We also noticed that the microcolonies within the beads are homogeneously distributed and the bacteria within the microcolonies are well structured. Moreover, a bacterial adhesion to the pectin matrix is observed as well as the presence of polymeric substances that bind the bacteria to each other. Our results suggest that interaction phenomenon may take place between pectin network and bacteria within beads. We also showed that biofilms of L. paracasei ATCC334 formulated in these pectin beads exhibit increased resistance to the gastric stress (pH 2) and to the freeze-drying process. In addition, the adhesion capacity of the formulated bacteria to epithelial cells is conserved and pectin seems to stimulate this adhesion to host cells. In-vivo results using a murine model presenting intestinal inflammation showed that L. paracasei ATCC334 biofilms are released in the intestinal level and are specifically implanted in the colon. Moreover, microcolonies of sizes approaching 20 μm are found in the colon suggesting that the bacteria are released in their biofilm form. In addition, the administration of pectinate beads containing probiotic biofilms to mice which have received a DSS treatment (inducing intestinal inflammation) resulted in: less weight loss of mice, improved their overall health status, less injured colonic mucosa and a decrease in the inflammatory response.

L’inflammation chronique peut jouer un rôle important durant le développement de la pathogenèse associée à l’obésité. Il a été démontré que certains probiotiques (Lactobacillus, Bifidobacterium) pouvaient prévenir l’obésité et l’inflammation en réduisant la libération de lipopolysaccharides (LPS) par les cellules épithéliales intestinales. Ces probiotiques ont réduit le poids des cellules adipeuses (le nombre et la grosseur) en diminuant la libération des cytokines pro-inflammatoire (IL-6, TNF-α). Aucun produit laitier contenant des probiotiques avec des effets anti-inflammatoires et anti-obésité sont présentement disponibles en Amérique du Nord. La viabilité des probiotiques est importante durant la fabrication et l’entreposage des produits laitiers puisqu’un fromage (50 g) et un yogourt (100 g) doivent contenir au moins 109 unité formant une colonie (ufc) d’une souche spécifique de probiotique avec des allégations santé. Ainsi, cette étude se concentre sur la viabilité et les propriétés technologiques, anti-inflammatoire et anti-obésité de nouvelles souches probiotiques dans un yogourt et un fromage cheddar faibles en gras. Pour obtenir une bonne viabilité, il est essentiel de sélectionner les meilleures combinaisons de souches thermophiles (ferment du yogourt) ou de souches mésophiles (ferment du fromage) afin qu’ils soient compatibles avec les probiotiques. Durant la fabrication, les souches de bifidobactéries ont eu plus de difficulté à maintenir leur population cible de 109 bactéries par portion de fromage ou de yogourt que les souches de lactobacilles. Parmi les cinq candidats probiotiques, Bifidobacteria animalis ssp. lactis Bf141 et Lactobacillus rhamnosus Lb102 ont démontré les meilleurs effets anti-obésité et propriétés technologiques dans les produits laitiers. Les deux souches probiotiques ont survécu au passage gastro-intestinal. Les laits probiotiques ont permis de réduire le gain de poids corporel et le tissu adipeux blanc des souris comparativement au lait sans probiotique. La réduction de poids était plus importante avec la souche Bf141. L’effet anti-obésité a été plus important avec les laits qu’avec les yogourts. Le lait a donc été un meilleur vecteur que le yogourt pour les bactéries probiotiques ayant un effet anti-obésité. / Chronic Inflammation can play an important role in the development of the pathogenesis related with obesity. It has been demonstrated that some probiotics (Lactobacillus, Bifidobacterium) can prevent obesity and inflammation by reducing the liberation of LPS by intestinal epithelial cell. Probiotic have reduced adipose cells weight (size) by decrease the liberation of pro-inflammatory cytokine (IL-6, TNF-α). No dairy product containing anti-inflammatory and anti-obesity probiotics are currently available in North America. The viability of probiotic is important during the manufacture and the storage of dairy product since cheese (50 g) and yogurt (100 g) must contain at least 109 colony forming unity (cfu) of the specific probiotic strain with health claims. This study focuses on the viability and technological, anti-inflammatory and anti-obesity properties of new probiotic strains in low-fat yogurt and Cheddar cheese. To obtain a good viability, it is important to select the best combination of thermophilic strains to constitute a yogurt starter or Lactococcus strains to constitute a cheese starter to be compatible with probiotics. Bifidobacteria strains had more difficult to maintain a target population of 109 bacteria per serving cheese or yogurt than lactobacilli strains. Among five probiotic candidates, Bifidobacteria animalis ssp. lactis Bf141 and Lactobacillus rhamnosus Lb102 have demonstrated the best anti-obesity and technological properties in dairy products. The both probiotic strains survived to the gastrointestinal passage. The reduction of body weight gain and white adipose tissue of mice was more important with probiotics milks than milk without probiotic. Weight reduction was greater with Bf141 strain. The anti-obesity effect was greater with milks than with yogurts. Milk was therefore a better vector than yogurt for probiotic bacteria with anti-obesity effect.

L’objectif de ce projet de recherche était de déterminer les effets d’une supplémentation de probiotiques du genre Bacillus sur les performances de production de vaches de race holstein en mi-lactation et sur le profil en acides gras de leur lait. Pour ce faire, six vaches multipares porteuses d’une canule ruminale ont été utilisées selon un dispositif en chassé croisé répliqué et randomisé. Les vaches ont ainsi reçu soit 200 g/j de poudre de lactosérum comme traitement témoin ou 200 g/j de BioPlus 2B (Chr Hansen, Milwaukee, WI), un probiotique commercial de Bacillus subtilis et de Bacillus licheniformis, représentant un apport quotidien de 6,4 × 10¹¹ UFC et utilisant la poudre de lactosérum comme diluant. La production laitière, la composition du lait et son profil en acides gras, les paramètres de fermentation ruminale et le microbiote ruminal ont été évalués. Les traitements n’ont pas affecté les performances laitières. L’utilisation du probiotique a cependant augmenté la concentration relative d’anteiso 13:0 et d’anteiso 15:0 et tendait à augmenter la concentration totale d’acides gras à chaîne ramifiée dans les matières grasses du lait lorsque comparé au traitement témoin. Les traitements n’ont pas modifié le pH, l’azote ammoniacal ou les concentrations en acétate, propionate et butyrate du rumen. Cependant,le probiotique a augmenté la concentration ruminale d’isovalérate et tendait à augmenter celle de l’isobutyrate. Cette expérience a permis d’observer la sensibilité du profil en acides gras du lait face aux modifications du microbiote ruminal. Les bactéries probiotiques du genre Bacillus pourraient donc être utilisées dans un protocole de maximisation des acides gras à chaîne ramifiée du lait pour permettre une augmentation du niveau de ces acides gras dans les produits laitiers. / The aim of the study was to determine the effect of a Bacillus-based direct-fed microbial on dairy performance of mid-lactating Holstein dairy cows and on their milk fatty acid composition. To this end, six multiparous cows fitted with a rumen cannula were used in a randomized replicated crossover design. Cows received 200 g/d of either whey powder, as a control, or BioPlus 2B (Chr Hansen, Milwaukee, WI), a commercial direct-fed microbial providing Bacillus subtilis and Bacillus licheniformis, representing a daily dose of 6.4 ×10¹¹ cfu, and using whey powder as a carrier. Milk production, composition and fatty acid profile, as well as ruminal parameters and microbiota were evaluated. Bacillus concentrationin the rumen increased with the addition of the direct-fed microbial supplement. Treatmentdid not affect ruminal pH, NH3-N and concentrations of acetate, propionate, and butyrate.However, direct-fed Bacillus increased ruminal concentration of isovalerate and tended to increase the concentration of isobutyrate. Treatments did not affect milk performance. The direct-fed Bacillus increased the relative concentration of anteiso 13:0 and anteiso 15:0 in milk fat, and tended to increase total concentration of branched-chain fatty acids as compared with control. This trial indicates that milk fatty acid composition is sensitive to ruminal microbiota modifications. Direct-fed Bacillus could be used as part of a standard protocol aiming to produce milk enriched in branched-chain fatty acids.

Les souches bactériennes à Gram négatif sont répertoriées comme étant celles qui causent le plus de toxi-infections alimentaire au Canada. Parmi les aliments incriminés, la viande de volailles demeure le plus connu des véhicules de transmission de ces pathogènes. Le contrôle de la flore pathogène chez la volaille consiste non seulement de réduire le taux de mortalité en élevage mais également d'assurer une meilleure qualité microbiologique à l'arrivé aux abattoirs et par conséquent de produire des denrées salubres sans danger pour le consommateur. L'antibiothérapie et ± l'antibioprévention ¿ sont actuellement les seuls moyens utilisés pour contrer les problèmes sanitaire et économique liés aux pathogènes aviaires. Cependant le recours aux antibiotiques a connue ses limites, en raison de l'émergence de nouvelles souches pathogènes multi-résistantes causée par l'utilisation abusive de ces composés dans le secteur avicole. Récemment, de nouvelles stratégies de prévention ont été proposées comme alternatives aux antibiotiques pour réduire l'incidence des pathogènes entériques chez la volaille. Parmi ces stratégie, le recours aux probiotiques semble offrir les résultats les plus prometteurs. L'objectif général de ce projet de recherche était d'isoler et de caractériser à partir du microbiote colique de la volaille des souches ayant un fort potentiel d'utilisation comme probiotique en aviculture. Plusieurs isolats provenant de contenus intestinaux de volailles ont été isolées et caractérisées sur le plan microbiologique et biologique. Parmi ces isolats, vingt quatre isolats ayant démontré une activité inhibitrice contre des pathogènes Gram négatifs ont été utilisées. Sept de ces souches ont été retenues par la suite en raison de leur forte activité inhibitrice. Une caractérisation préliminaire des substances inhibitrices produites par ces souches a permis de retenir trois isolats produisant des composés de nature protéique, thermostable et de faible poids moléculaire très apparentés à des bactériocines.