Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida est une bactérie à Gram négatif causant la furonculose, une infection opportuniste des salmonidés d'élevage. Les méthodes actuelles de traitement contre la furonculose reposent fortement sur l'antibiothérapie. Cependant, une proportion importante des souches de cet agent pathogène opportuniste des poissons possède des gènes de résistance aux principaux antibiotiques utilisés pour guérir la furonculose. La présente thèse discute en détail de l'importance des interactions hôte-microbiote chez les salmonidés d'élevage et des mesures pouvant améliorer la résistance aux infections chez les salmonidés. Ces mesures peuvent être à large échelle (p. ex. la mise à place d'un système de recirculation de l'eau) ou à petite échelle (p. ex. l'administration de bactéries mutualistes aux poissons). Il y est également illustré comment des symbiontes endogènes de l'Omble de fontaine (ML11A et TM18) et une bactérie à acide lactique exogène (Bactocell) peuvent être mis à profit pour inhiber A. salmonicida subsp. salmonicida, augmenter la croissance et l'immunité innée d'Omble de fontaine et rétablir l'interaction fonctionnelle hôte-microbiote chez l'Omble de fontaine infecté à la furonculose. Lorsqu'ils sont administrés quotidiennement à des alevins vivants d'omble de fontaine, ML11A, TM18 et Bactocell ont contribué à améliorer plusieurs paramètres de leur état physiologique tels que le poids corporel moyen, le facteur de condition de Fulton et l'activité du lysozyme plasmatique (un indicateur de l'activité immunitaire innée). En contexte d'infection expérimentale de furonculose, les Ombles qui ont reçu des doses quotidiennes de TM18 et de Bactocell avaient deux fois moins de mortalité que le groupe témoin « infecté-non traité », mais seulement dans de l'eau à 13,6 °C. Dans l'eau à 15,6 °C, il n'y a pas eu de réduction significative de la mortalité. ML11A n'a pas réduit de manière significative la mortalité à l'une ou l'autre de ces deux températures. L'Omble de fontaine infecté traité avec Bactocell avait un transcriptome microbien intestinal extrêmement différent des poissons non infectés et infectés. Bactocell semble favoriser la restauration de l'expression génique nominale de l'hôte, mais en remodelant le transcriptome microbien intestinal dans un état d'eubiose différent de celui des ombles sains (non infectés). ML11A et TM18 semblent agir selon un mécanisme opposé à celui du Bactocell, c'est-à-dire en modulant l'expression des gènes de l'hôte impliqués dans la réponse à l'infection, sans altérer le transcriptome du microbiote (tous tissus confondus). Des perspectives intéressantes aux travaux de la présente thèse, par exemple combiner des souches probiotiques en un ou plusieurs traitements, vérifier la réactivité croisée de ces derniers avec d'autres traitements (conventionnels ou expérimentaux), considérer l'apport de différentes conditions environnementales sur le système Omble de fontaine - microbiote, sont également explorées. / Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida is a gram-negative bacterium that causes furunculosis, an opportunistic infection of farmed salmonids. Current treatment methods for furunculosis rely heavily on antibiotic therapy. However, a large proportion of strains of this opportunistic pathogen possesses genes for resistance to the main antibiotics used to cure furunculosis. This thesis discusses in detail the importance of host-microbiota interactions in farmed salmonids and discusses measures that can improve resistance to infections in salmonids. These measures can be large-scale (e.g. setting up a water recirculation system) or small-scale (e.g. administering mutualistic bacteria to fish). It is also illustrated how endogenous brook trout symbionts (ML11Aand TM18) and an exogenous lactic acid bacterium (Bactocell) can be used to inhibit A. salmonicida subsp. salmonicida, stimulate the growth and innate immunity of brook trout, and re-establishing the host-microbiota functional interaction in brook trout infected with furunculosis. When administered daily to live brook trout fry, ML11A, TM18 and Bactocell helped improve several parameters of their physiological state such as mean body weight, Fulton condition factor and plasma lysozyme activity (an indicator of innate immune activity). In the context of an experimental furunculosis infection, brook charr that received daily doses of TM18 and Bactocell had twice less mortality than the "infected-untreated" control group, but only in 13.6 °C water. In water at 15.6 °C, there was no significant reduction in mortality. ML11A did not significantly reduce mortality at either of these two temperatures. Infected brook trout treated with Bactocell had an extremely different gut microbial transcriptome from uninfected and infected fish. Bactocell appears to promote the restoration of nominal host gene expression, but by remodeling the gut microbial transcriptome into a different eubiotic state from that of healthy (uninfected) charr. The brook trout probionts ML11A and TM18 appear to act according to a mechanism opposite to that of Bactocell, i.e. by modulating the expression of the host genes involved in the response to infection, without altering the microbiota transcriptome (for all tissues combined). Interesting perspectives for the work of this thesis are also explored like combining probiotic strains in one or more treatments, assessing the cross-reactivity of these with other treatments (conventional or experimental), or considering the contribution of different environmental conditions to the brook charr-microbiota system.

L'obésité et les maladies métaboliques telles que le diabète de type 2 sont associées à une inflammation chronique de faible intensité. Plusieurs études ont démontré qu’un régime riche en gras induit une modification de la composition du microbiote intestinal ainsi qu'une augmentation de la concentration en lipopolysacharides (LPS) dans la circulation sanguine. Ces LPS sont considérés comme étant le facteur déclencheur d'une inflammation chronique induisant un ensemble de désordres métaboliques. Selon des études récentes, les probiotiques contribueraient à la prévention de ces maladies métaboliques en réduisant l'inflammation provoquée par les LPS. Toutefois, ce processus inflammatoire est complexe et seules quelques pistes sont évoquées à ce jour. Ce mémoire a pour but 1) d'identifier et de caractériser de nouvelles souches probiotiques appartenant aux genres Lactobacillus, Propionibacterium et Bifidobacterium isolées à partir du fromage, du lait cru et de fèces de bébé et d'adultes et 2) d'étudier in vitro l'activité anti-inflammatoire des bactéries tuées par la chaleur et du surnageant de culture de chacune de ces souches en utilisant le modèle de macrophage murin J774.1. L'effet anti-inflammatoire de ces extraits bactériens a été évalué en mesurant la production d'oxide nitrique (NO) et des cytokines pro-inflammatoires (TNF-α et IL-6) et anti-inflammatoire (IL-10) en absence et en présence de LPS d'Escherichia coli serotype O55:B5. Parmi les cinquante-deux souches testées, trois souches de Lactobacillus, deux souches de Bifidobacterium et une souche de Propionibacterium ont démontré des effets anti-inflammatoires en réduisant la production de NO et d'IL-6 et en stimulant la production d'IL-10 en condition basale et en présence de LPS. Ces souches feront prochainement l’objet d’une étude in vivo chez des souris obèses insulino-résistantes pour confirmer leurs profils anti-inflammatoires. / Obesity and related metabolic diseases such as type 2 diabetes are associated with chronic low-grade inflammation. Several studies have shown that a high-fat diet induces a change in the composition of the intestinal microbiota and an increase in lipopolysaccharides (LPS) serum levels. LPS are considered as the trigger for chronic inflammation inducing a set of metabolic disorders. According to recent studies, probiotics contribute to the prevention of metabolic diseases by reducing inflammation caused by LPS. However, the inflammatory process is complex and only a few tracks are discussed. This study aims to 1) identify and characterize new probiotic strains of Lactobacillus, Propionibacterium and Bifidobacterium isolated from cheese, raw milk and feces of infants and adults and 2) to study in vitro the anti-inflammatory activity of heat-killed bacteria and the conditioned media of each of these strains using the murine macrophage cell line J774.1. The anti-inflammatory effect of these bacterial extracts was evaluated by measuring the production of nitric oxide (NO), the pro-inflammatory cytokines (TNF-α and IL-6) and the anti-inflammatory cytokine (IL-10) in the absence and presence of LPS from Escherichia coli serotype O55:B5. Among the fifty two strains tested, three Lactobacillus, two Bifidobacterium and one Propionibacterium showed anti-inflammatory effects by reducing the production of NO and IL-6 and stimulating the production of IL-10 in basal condition and in presence of LPS. These strains will be used in an in vivo study in obese insulin resistant mice to confirm their anti-inflammatory profiles.

La capacité de la sève d'érable à maintenir la viabilité des souches probiotiques Lactobacillus rhamnosus R0011, Lactobacillus helveticus R0052, Lactobacillus acidophilus LA-5 et Bifidobacterium animalis ssp. lactis BB12 en culture pure ou en combinaison lors d'un entreposage prolongé à 4 °C a été évaluée. La viabilité des cultures pures au sein de sèves de concentration des solides solubles (CSS) différentes (2, 5, 8 et 11 °Bx) a été analysée par dénombrement sur milieu de culture. Après 56 j d'entreposage, les comptes bactériens (CB) de la souche LA-5 étaient nuls alors que les autres souches maintenaient dans les quatre sèves des CB suffisants. La souche LA-5 fut alors rejetée, et la viabilité de l'ensemble des combinaisons possibles des trois souches restantes fut évaluée par dénombrement bactérien sur milieu de culture et par l'utilisation combinée du propidium monoazide (PMA), une molécule capable de distinguer les cellules viables des mortes, et de la qPCR (PMA-qPCR). L'impact sur la viabilité de deux concentrations initiales (CI) d'inoculation (10⁸ UFC/portion et 10¹⁰ UFC/portion) et de trois CSS (2, 5, 8 °Bx) a été analysé. L'acidité engendrée par une CI plus élevée a causé une chute importante des CB des souches R0052 et BB12. Pour les mêmes raisons, à haute CI, la sève de à 2 °Bx a réduit la viabilité de l'ensemble des souches au sein de toutes les combinaisons. Une relation antagoniste mutuelle influant sur la cultivabilité des souches R0052 et BB12 combinées a aussi été observée. La méthode du PMA-qPCR a cependant montré le maintien d'une forte viabilité pour l'ensemble des souches dans toutes les conditions. Ce projet a montré la capacité de la sève d'érable à maintenir la viabilité de combinaisons de souches R0011, R0011 et BB12 à un niveau suffisant pour en faire une boisson probiotique, et de démontrer l'utilité de la méthode du PMA-qPCR pour mesurer la viabilité des souches dans la sève d'érable.

"Thèse en cotutelle, Doctorat en médecine moléculaire, Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et AgroParisTech - Institut des sciences et industries du vivant et de l'environnement Paris, France" / L'épidémie d'obésité qui sévit à travers le monde, est liée à une augmentation de la prévalence des maladies métaboliques, telles que le diabète de type 2, les maladies cardiovasculaires ou encore la stéatose hépatique non alcoolique. Au cours des dernières décennies, la recherche s’est tournée vers l’analyse du microbiote intestinal et de nombreuses publications ont démontré un rôle important de la dysbiose microbienne dans le développement des maladies métaboliques. En effet, le tractus gastro-intestinal et le microbiote intestinal représentent une interface importante entre l'alimentation et l'organisme hôte. Dans ce contexte, l'utilisation de traitements d’origine alimentaire afin d’améliorer la santé gastro-intestinale pourrait prévenir le développement des désordres métaboliques liés à l'obésité. Dans une première étude, nous avons tenté de comprendre le rôle du microbiote intestinal dans les effets bénéfiques des acides gras oméga-3 sur la santé métabolique de l'hôte. Pour cela, nous avons réalisé un protocole animal afin de comparer les mécanismes d’action liés à la supplémentation orale d’huile de poisson riche en oméga-3, en contact direct avec le tractus gastro-intestinal, avec les mécanismes induits dans un modèle transgénique de souris fat-1 qui sont capables de convertir les oméga-6 en oméga-3 de manière endogène. Nos résultats démontrent que les souris gavées avec l’huile de poisson, étaient totalement protégées contre le développement de la stéatose hépatique induite par la diète riche en gras. En parallèle, la résistance à l’insuline et l’intolérance au glucose ont été fortement diminuées chez les animaux transgéniques fat-1. Malgré des effets métaboliques différents, les deux modèles ont significativement réduit le taux de cholestérol circulant, ce qui pourrait être associé à l’augmentation importante du genre Allobaculum dans les fèces. Cependant, l’étude plus poussée du microbiote intestinal, ainsi que l’analyse prédictive de ses fonctions, démontrent des modulations bénéfiques plus importantes chez les souris gavées aux oméga- 3. Cela suggère un rôle de l’axe-intestin foie dans les effets des oméga-3 contre le développement de la stéatose hépatique, qui pourraient notamment s’expliquer par l’augmentation de la production de propionate au niveau intestinal, pouvant être ensuite transporté jusqu’au foie par la veine porte. La seconde étude présentée dans ce manuscrit fait partie d’un vaste projet dont le but final est de sélectionner une nouvelle souche bactérienne présentant des propriétés antiobésité, afin de l’incorporer dans des fromages et des yaourts, qui seront ensuite commercialisés. Les différents résultats obtenus démontrent que les souches Lb102, Bf141 et P35 ont significativement prévenu le gain de poids corporel induit par la diète riche en gras et en sucre, sans altérer la quantité de calories ingérées. Ces traitements ont également engendré une diminution de l’inflammation du tissu adipeux viscéral, de la résistance à l’insuline ainsi qu’une augmentation de la tolérance au glucose. Malgré des effets métaboliques similaires et importants, l’analyse du microbiote intestinal et de l’expression des gènes du côlon suggèrent des mécanismes d’action souche-dépendants. Il faut également noter que ces trois souches, présentant un fort potentiel probiotique, ont induit des effets métaboliques importants en affectant très peu la composition du microbiote intestinal. L’analyse du côlon et du statut inflammatoire intestinal suggèrent des modulations de la fonction du microbiote, en particulier pour la souche P35, connue pour ses propriétés antiinflammatoires, qui a démontré le plus d’améliorations au niveau intestinal. / The obesity epidemic reaches alarming rate throughout the world. Obesity development is related to an increase in the prevalence of metabolic diseases, such as type 2 diabetes, cardiovascular diseases and non-alcoholic fatty liver disease. In the past decades, research turns into the analysis of the intestinal microbiota and many papers demonstrated an important role of microbial dysbiosis in the development of metabolic diseases. Indeed, the gastro-intestinal tract and gut microbiota represent a vast interface between diet and host organism. Gut dysbiosis is linked to metabolic inflammation and altered metabolism in obesity. In this context, the use of food-based treatments to improve gastro-intestinal health may help prevent obesity-linked metabolic syndrome. In a first study, we attempted to understand the role of the gut microbiota in the beneficial effects of omega-3 fatty acids in host’s metabolic health. Thus, we performed an in vivo protocol in order to compare the mechanisms related to a long-term oral supplementation of omega-3-rich fish oil, with mechanisms induced in a transgenic model of mice able to convert omega-6 into omega-3, endogenously. Our results demonstrated that mice gavaged with fish oil were totally protected against the development of liver steatosis induced by the high-fat diet. In parallel, insulin resistance and glucose intolerance were decreased in fat-1 transgenic animals. Despite different metabolic effects, both models also significantly reduced cholesterol level in plasma, and based on the literature, it may be associated with a significant increase in proportions of the genus Allobaculum in faeces. However, further investigation of gut microbiota and predictive analysis of its functions, demonstrated that oral omega-3 supplemented mice showed more modulations that fat-1 mice. It suggests a role of the gut-liver axis in the beneficial effects of omega-3 in prevention of hepatic steatosis development. It could be also explained by the increase in the production of propionate in the gut, which can then reach the liver through the portal vein. The second protocol reported in this manuscript, is a part of an important project whose final aim is to select a new bacterial strain presenting anti-obesity properties, in order to be incorporated into dairy products. Results showed that Lb102, Bf141 and P35 significantly prevented the body weight gain induced by the diet high-fat high-sucrose diet, without altering the amount of ingested calories. These treatments also resulted in a decrease of visceral adipose tissue inflammation, insulin resistance and an increase of glucose tolerance. Despite similar but important metabolic effects, analysis of the gut microbiota and gene expression in colon, suggest strain-dependent mechanisms. It should also be noted that these three strains demonstrated potent probiotic effects in prevention of obesity and related metabolic disorders without (or slightly) affecting the composition of gut microbiota. However, analysis of tissue and gut inflammatory status suggest modulations of microbial functions, especially for the P35 strain, known for its anti-inflammatory properties, which demonstrated more beneficial effects in the gastro-intestinal tract than other strains

Les bénéfices attribués aux probiotiques sont nombreux : effets bénéfiques sur le microbiote intestinal, confort digestif, modulation du système immunitaire et prévention des infections intestinales. Ces effets divers et variés sont souches-spécifiques. Actuellement, de nombreuses études visent à mieux caractériser ces effets probiotiques.Ces travaux avaient pour objectif de déterminer et d’analyser les effets probiotiques de trois souches de la collection Danone : la souche de Lactobacillus paracasei CNCM I-3689, la souche de L. rhamnosus CNCM I-3690 ainsi que la souche de Bifidobacterium animalis subps. lactis CNCM I-2494. Dans un premier temps, leurs effets ont été caractérisés dans des modèles in vitro pour des propriétés anti-pathogènes, des propriétés d’immuno-modulation ainsi que pour des propriétés de protection de la barrière épithéliale intestinale. Dans un second temps, leurs effets de la protection de la barrière ont été confirmés dans un modèle murin de faible inflammation.Une analyse des mécanismes sous-jacents à ces effets à la fois chez la souche probiotique et chez l’hôte a été initiée par la construction et l’analyse fonctionnelle de banques génomiques bactériennes ainsi que par l’étude de la modulation des gènes impliqués dans le maintien de la barrière intestinale chez l’hôte. / Health benefits of probiotic bacteria are numerous: beneficial effects on the intestinal microbiota, digestive comfort, modulation of the immune system and prevention of winter infection. These diverse and various effects are strain-specific. Nowadays, numerous studies aim at better characterizing those probiotics effects.This project aimed at identifying and analyzing the probiotic effects of three strains from Danone collection: Lactobacillus paracasei CNCM I-3689, L. rhamnosus CNCM I-3690 and Bifidobacterium animalis subsp. lactis CNCM I-2494. First, their effects were assessed in in vitro models for immunomodulation properties, antipathogens activity and intestinal barrier protection. Secondly, their beneficial effects were confirmed in low-grade inflammation murine model.The analysis of the underlying mechanisms has been initiated both in the bacterial strains by the construction and the functional analysis of genomic libraries and in the host by measuring the modulation of the genes involved in the intestinal barrier maintain.

Le stress gastro-intestinal représente une condition physiologique cruciale rencontrée par les bactéries probiotiques durant le transit digestif. En effet, ces bactéries ingérées doivent survivre et exprimer leurs fonctions métaboliques spécifiques sous les conditions acides dans l'estomac, et en présence de bile dans l'intestin. Dans le cadre de ce projet de maîtrise, nous proposons d'étudier l'effet d'un stress gastro-intestinal sur la capacité de certaines souches de bactéries lactiques et probiotiques à produire leur bactériocines. Deux souches commerciales à savoir Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis UL719 et Pediococcus diacetilactici UL5, et une souche récemment isolée et caractérisée à partir de fèces de nouveaux- nés à savoir Bifidobacterium thermophilum RBL67, souches productrices de la nisine Z, de pediocine PA-1 et de composés anû-Listeria, ont été utilisées respectivement. Dans un premier temps, l'effet du pH acide (pH 2.0), de la bile (0.3%) de même que leur combinaison (acide/bile) sur la capacité de ces souches à produire leurs substances inhibitrices ont été testées dans un milieu simulant le suc gastrique et intestinal. Deuxièmement et afin de confirmer la capacité de Lac. diacetylactis et de B. thermophilum à survivre et à produire des bactériocines durant le stress gastro-intestinal, les résultats obtenus ont été confirmés en utilisant un simulateur dynamique in vitro du tube digestif (modèle TIM-1). Les deux souches ont montré une résistance à l'acide gastrique. Cependant, leur survie a été réduite dans le duodénum due à la présence de bile. Lac. diacetylactis UL719 était beaucoup plus tolérante à la bile que B. thermophilum RBL67. Des colonies dans chaque compartiment ont été isolées afin d'évaluer l'impact du stress gastro-intestinal sur la capacité des souches testées à produire des acides organiques et des bactériocines. Les résultats ont indiqué que le passage sur le modèle gastro-intestinal et l'exposition à différentes conditions de stress n'ont pas affecté la production d'acides organiques et de bactériocines par les deux souches testées.

La contamination des ensilages par les fusariotoxines intervient au champ, indépendamment de tout problème de conservation. L'ingestion par les animaux d'élevage de teneurs trop élevées de ces mycotoxines peut entraîner une altération des performances zootechniques et des effets sur la santé des animaux. Face au succès partiel des méthodes de prévention et à l'inadaptibilité des méthodes physiques et chimiques de détoxification, l'utilisation des propriétés de certains microorganismes apparaît comme une alternative à considérer. L'objectif de ce travail est d'explorer la capacité des bactéries fermentaires à éliminer les fusariotoxines en vue de leur utilisation comme agent de détoxification des ensilages. Le criblage de 202 souches de bactéries fermentaires pour leur capacité à biotransformer et / ou séquestrer le déoxynivalénol (DON), la zéaralénone (ZEN) et les fumonisines B1 et B2 (FB1 et FB2) a montré que la séquestration de ces ces fusariotoxines majeures est une activité répandue chez ces microorganismes, les genres Streptococcus et Enterococcus apparaissant comme les plus efficaces en éliminant jusqu'à 33%, 49%, 24% et 62% de DON, ZEN, FB1 et FB2, respectivement. Cette propriété pourrait diminuer la biodisponibilité des fusariotoxines chez l'animal et, par conséquent, réduire leur effet toxique. D'autre part, environ 5% (11/202) des souches testées ont biotransformé la ZEN en sa forme activée, l'alpha zéaralénol. Nous avons ensuite montré que la séquestration des fumonisines B1 et B2 fait intervenir le peptidoglycane de la paroi bactérienne et les bras d'acide tricarballylique (TCA) des fumonisines. La différence de séquestration de ces deux analogues (FB2>FB1) a été élucidé par une méthode de modélisation moléculaire qui a montré que le groupe hydroxyle additionnel de la FB1 forme une liaison hydrogène avec un des TCA, limitant ainsi la possibilité de séquestration. Des essais ont montré qu'une fraction importante de ZEN était aussi instantanément séquestrée par la flore du contenu ruminal, formant un complexe aussi stable dans des conditions simulant les compartiments post-ruminaux du tube digestif que celui formé entre des Streptococci et la ZEN. Ce niveau de séquestration pourrait contribuer à la plus forte résistance des ruminants aux effets des fusariotoxines. En conséquence, l'ajout de bactéries fermentaires pourrait être davantage utile à des animaux monogastriques plus sensibles comme le porc. Des essais in vivo sont cependant nécessaires pour en évaluer l'impact réel. Optimisée, la capacité des bactéries fermentaires à séquestrer les fusariotoxines pourrait compléter avantageusement les propriétés acidifiantes ou probiotiques des inoculants bactériens utilisés en nutrition animale

Depuis quelques années, les probiotiques sont devenus un front de science très actif. La majorité des bactéries probiotiques actuellement sur le marché sont des bactéries lactiques. L’identification de nouvelles souches bactériennes aux propriétés probiotiques est l’objectif principal de ces travaux de thèse, et s’inscrivent dans le cadre du projet Probiotique en partenariat avec deux groupes industriels et le pôle de compétitivité VITAGORA. / In recent years, probiotics market is boosting. Most probiotic bacteria on the market today are lactic acid bacteria. The identification of novel bacterial strains with probiotic properties is the main objective of this thesis, which is part of the Probiotic project in partnership with two industry groups and the network innovation VITAGORA.

Ce travail de thèse a permis la mise au point d'un procédé d'encapsulation de bactéries probiotiques dans des matrices ne contenant que des ingrédients laitiers. L'étude à l'échelle laboratoire puis, le dimensionnement du procédé à l'échelle pilote ont permis la production de microparticules stables dans des milieux aqueux et résistantes à des conditions simulant l'estomac. La nature des protéines présentes mais également leurs proportions ont influencé la localisation des bactéries dans les microparticules : à la surface pour une matrice uniquement composée de caséine et à l'intérieur pour une matrice composée à la fois de caséines et de protéines solubles. L'interprétation de ces résultats par une étude à l'échelle moléculaire des interactions qui s'établissent entre les bactéries probiotiques et les protéines laitières a été possible grâce à l'utilisation de la microscopie à force atomique. Les protéines solubles interagissent de façon spécifique avec les bactéries alors que les caséines interagissent de façon non spécifique. De même, la présence de pili à la surface de la bactérie est favorable à la l'établissement d'interactions fortes entre LGG et les protéines solubles. Ce travail a donc permis d'expliquer des résultats obtenus à l'échelle macroscopique (taux d'encapsulation et de survie dans des conditions gastriques) grâce à des observations microscopiques et une étude à l'échelle nanoscopique des interactions entre les différents composants. Cette approche multi-échelle a élucidé certains mécanismes régissant l'encapsulation de bactéries probiotiques dans des matrices laitières / In this work thesis, an encapsulation process for probiotic bacteria using only milk proteins is developed. The laboratory scale followed by a pilot and an industrial scale development of the process allow the production of stable and resistant microparticles both in aqueous and gastric media. The nature and quantities of proteins added is found to influence the bacterial location in the microparticles. The bacteria are located mostly at the surface when only caseins are present. Oppositely, well encapsulated bacteria are observed when addition of whey proteins are performed. A molecular study of interactions established between milk proteins and bacteria is possible with the use of atomic force microscopy. Whey proteins are found to specifically interact with bacteria whereas the caseins establish non-specific links. In addition, the presence of piliated bacteria is found favorable to establish strong and long interactions between proteins and bacteria. This work permits the interpretation of results obtained at a macroscale (encapsulation rate and bacterial survival in stomach conditions) thanks to microscopic observations and nanoscopic interactions study. This multiscale approach permits the elucidation of mechanisms driving the probiotic encapsulation in milk matrices

L’obésité est caractérisée par un état inflammatoire chronique dit « à bas bruit », se traduisant par l’augmentation des taux plasmatiques de facteurs inflammatoires qui contribuent au développement des complications métaboliques telles que le diabète de type 2 et la résistance à l’insuline.L’inflammation chronique est initiée par l’accumulation séquentielle et finement régulée de cellules immunes dans le tissu adipeux blanc, contribuant à créer un microenvironnement inflammatoire qui altère la physiologie et l’homéostasie du tissu. Une meilleure compréhension : 1) des mécanismes contrôlant les altérations de la composition en cellules immunes du tissu adipeux blanc et 2) du rôle de ces cellules dans la fonction des principaux tissus métaboliques, pourrait, à terme, permettre de proposer de nouvelles voies thérapeutiques d’immuno-intervention dans le traitement des complications métaboliques associées à l’obésité. Durant mon parcours de thèse, j’ai étudié les conséquences métaboliques et immunologiques du traitement de souris obèses par un agent immuno-modulateur : la rapamycine, ainsi que par des probiotiques ayant des propriétés anti-inflammatoires.Partie 1 : Etude des effets de la rapamycine sur la réponse inflammatoire et l’homéostasie énergétique chez la souris obèse.Cette étude représente la partie principale de mon travail de thèse. L’objectif de mon projet de thèse était de définir les conséquences de l’administration prolongée de rapamycine (ou Sirolimus) sur l’inflammation du tissu adipeux blanc et le métabolisme glucidique de souris obèses. La rapamycine est un inhibiteur spécifique de la voie du mechanistic target of rapamycin (mTOR) possédant des propriétés immunosuppressives et antiprolifératives et qui est fréquemment utilisé chez les patients transplantés afin d’éviter le rejet du greffon. Cependant, la rapamycine a été décrite comme possédant un potentiel diabétogène et pro-inflammatoire : en effet, certains patients traités développent un diabète post-transplantation et sont plus susceptibles de présenter des pathologies inflammatoires et ceci, malgré une perte de poids. Les objectifs de notre étude étaient de : 1) Déterminer les conséquences métaboliques (bénéfiques ou délétères) de l’administration de rapamycine et 2) Définir le profil inflammatoire des souris obèses traitées, notamment dans le tissu adipeux blanc.Partie 2 : Etude des effets des probiotiques sur le développement de l’obésité et la résistance à l’insuline chez la souris obèse.Les effets des probiotiques sur le développement de l’obésité et ses complications métaboliques et immunologiques associées sont contradictoires et restent donc à clarifier. Certaines études ont montré des effets obésogènes de certains probiotiques tandis que d’autres travaux décrivent des effets bénéfiques sur l’homéostasie énergétique. Les objectifs de notre étude étaient de : 1) Déterminer les conséquences métaboliques et immunologiques de l’ingestion prolongée de certaines souches (ou combinaison de souches) de probiotiques dans un modèle de souris obèses et 2) Définir les mécanismes cellulaires et moléculaires sous-tendant les effets de probiotiques sur le développement de l’obésité et de l’inflammation associée. / Obesity is characterized by a low-grade chronic inflammation reflected by increased blood levels of inflammatory factors, which are known to contribute to the development of metabolic complications such as insulin resistance and type 2 diabetes.Obesity-related inflammation is initiated by the accumulation of inflammatory immune cells within the adipose tissue as observed in obese subjects, contributing to alteration of the physiology and the metabolic homeostasis of the tissue. A better understanding of the mechanisms controlling the balance between adipose tissue immune cells and the interaction of these cells with the metabolic tissues (e.g. white adipose tissue) could lead to the development of immune-based new therapeutic strategies to treat metabolic complications associated with obesity.During my PhD thesis, we worked on two projects that both aimed at studying the link between immunity and metabolism. We studied the consequences of the treatment of obese mice with the immunomodulatory drug rapamycin (Part 1) and with probiotics having anti-inflammatory properties (Part 2).Part 1: Beneficial Metabolic Effects of Rapamycin are Associated with Enhanced Regulatory Cells in Diet-Induced Obese MiceThis part corresponded to my main project. We aimed to analyze the effect of rapamycin (or Sirolimus), on the inflammatory response and the metabolic status of high-fat diet fed mice. Rapamycin is an immunosuppressive drug commonly used in transplanted patients to prevent graft rejection. However, the effects of rapamycin on metabolism remain elusive and it has been reported that rapamycin may have pro-inflammatory and prodiabetic properties since some transplanted patients can develop diabetes and inflammatory diseases. Rapamycin is a specific inhibitor of mTOR (mechanistic Target Of Rapamycin), a highly conserved kinase which play a key role in both metabolism and immunity. Our aims were: 1) to define the metabolic consequences of long-term rapamycin administration and 2) to analyze the immune profile of treated animals.Part 2: A Probiotic Mixture Alleviates Diet-Induced Obesity and Insulin Resistance in Mice through Adipose Tissue Cell-RemodelingThe effects of probiotics on the development of obesity and its associated-metabolic complications are contradictory and thus remain to be clarified. In our study, we evaluated the consequences of the consumption of different strains of probiotics (or a combination of strains) selected for their anti-inflammatory properties, on the development of obesity and inflammation. We thus defined the metabolic and immune profile of probiotic-treated obese mice, mostly focusing on the adipose tissue. Finally, we attempted to identify the cellular and molecular mechanisms by which our selected probiotics exerted their metabolic and immune protective effects.