L’exposition aux polluants environnementaux a été associée à de nombreux désordres métaboliques, immunitaires et reproductifs ainsi qu’à divers cancers. De plus en plus de travaux, indiquent que le microbiote intestinal, qui joue un rôle majeur dans l’immunité et le métabolisme de l’hôte, interagit avec les xénobiotiques dont les polluants organiques persistants (POPs) et les contaminants néoformés dans les aliments. Cette interaction peut avoir des conséquences toxicologiques importantes via la modification des fonctions du microbiote intestinal mais également via la métabolisation des xénobiotiques, entraînant une potentielle altération de l'homéostasie de l'hôte. Dans le cadre de cette thèse, nous avons démontré, en modèle in vitro, qu’une exposition aigüe du microbiote intestinal humain au benzo[a]pyrène (hydrocarbure aromatique polycyclique) a entraîné une altération des fonctions du microbiote intestinal au niveau du volatolome et du métatranscriptome microbien. Cependant, dans nos conditions expérimentales, aucun impact sur la structure microbienne n'a été observé. L’Homme étant continuellement exposé à un panel de composés chimiques environnementaux, nous avons par la suite étudié l'impact de divers POPs et produits néoformés dans les aliments sur le microbiote intestinal humain. Des familles de gènes ainsi que des composés volatiles microbiens ont été identifiés comme altérés après l’exposition, conduisant à une perturbation de l'activité microbienne. Nous avons finalement démontré que l'interaction microbiote-polluant pourrait conduire à l'établissement d'un état pro-inflammatoire modéré dans l'intestin avec une libération de cytokine IL-8 par les cellules épithéliales intestinales. Ces résultats appuient le concept émergent selon lequel les contaminants alimentaires pourraient altérer les activités du microbiote intestinal. / Exposure to environmental pollutants has been associated with various life-threatening disorders, including dysregulation of the immune and reproductive systems, metabolic diseases and various cancers. Growing evidences indicate that the gut microbiota, which plays major roles in host metabolic and immune functions, interacts with xenobiotics including persistent organic pollutants (POPs) and foodborne chemicals. The toxicological relevance of the gut microbiota-pollutant interplay is of great concern for the host since the chemicals may disrupt the gut microbiota functions leading to a potential impairment of the host homeostasis. During this PhD thesis, we demonstrated that in vitro acute exposure of the human gut microbiota with benzo[a]pyrene (polycyclic aromatic hydrocarbon) led to an impairment of the gut microbiota functions with a specific shift of the microbial volatolome and metatranscriptome. However, in our experimental conditions, no impact on the microbial structure was observed. Since humans are exposed to a wide range of environmental chemicals we investigated the impact of various POPs and foodborne chemicals on the human gut microbiota. We identified microbial volatiles and gene families that shifted after this exposure leading to an imbalance of the microbial activity. Furthermore, we demonstrated that the interaction between the pollutants and the gut microbiota lead to a significant release of pro-inflammatory IL-8 cytokine by the intestinal epithelial cells which may contribute to the establishment of a low-grade inflammatory state in the gut. All together, these data support the emerging concept that food pollutants could alter the gut microbiota activities.

Ce travail de thèse propose d’examiner l’intérêt de la volatolomique pour révéler dans le foie, le plasma et le tissu adipeux des composés organiques volatils (COVs) marqueurs d’exposition des animaux d’élevage aux micropolluants. Des développements méthodologiques ont d’abord été réalisés pour lever deux principaux verrous à l’application de la volatolomique. Un premier volet de ce travail méthodologique a ainsi permis de proposer des conditions d’extraction par microextraction en phase solide à la fois efficace, fidèle et reproductible pour l’analyse du volatolome de matrices biologiques complexes. Une comparaison de trois méthodes chimiométriques non-supervisées- l’Analyse en Composantes Principales (ACP), l’Analyse en Composantes Indépendantes (ACI) et l’Analyse en Composantes Communes (ACC) – a montré ensuite l’intérêt de l’ACC pour révéler des différences volatolomiques et identifier des marqueurs candidats pour chaque type d’exposition.En s’appuyant sur ces développements, un second volet de ce travail a permis d’évaluer l’intérêt de la volatolomique pour tracer l’exposition des animaux d’élevage à différents types de micropolluants. Cette recherche a confirmé la pertinence de l’analyse volatolomique du foie et a montré que le plasma pouvait permettre également un diagnostic ouvrant la voie à des contrôles in vivo de l’exposition animale. Les résultats montrent également une complémentarité informative entre les deux matrices biologiques. En revanche, le potentiel informatif de l’analyse du volatolome de tissus adipeux s’est révélé beaucoup plus limité, l’étude ne permettant pas d’identifier le moindre marqueur d’exposition. Ainsi, si la robustesse de ces marqueurs est validée par des travaux ultérieurs, ces résultats ouvrent la voie à un diagnostic de l’exposition animale aux micropolluants à l’abattoir ou sur le lieu d’élevage. / The present study proposes to examine the relevance of liver, plasma and adipose tissue volatolomics to detect volatile organic compound (VOC) markers of animal exposure to micropollutants. Methodological developments were first carried to solve two main limits to the application of volatolomics. A first part of this methodological development enabled the determination of the efficient, accurate and reproducible solid phase microextraction conditions for the analysis of the volatolome in complex biological matrices. Then, a comparison of three unsupervised chemometric methods - Principal Components Analysis (PCA), Independent Components Analysis (ICA) and Common Components Analysis (CCA) - highlighted the potential of CCA for the determination of volatolomic differences in VOC profiles and for the identification of candidate VOC markers for each contamination.Based on these methodological developments, the second part of this work studied the potential of liver, plasma and adipose tissue volatolomics to back-trace animal exposure to different types of micropolluants. These results confirmed the relevance of the volatolomic analysis of the liver and showed that the plasma could also of interest, opening the way to in vivo controls of animal exposure to micropollutants. Moreover, the results demonstrated the complementarity of the biological matrices. The informative potential of the volatolome analysis of adipose tissue is much more limited, as the study did not lead to the identification of any marker of exposure. If the robustness of these candidate markers is validated by further studies, these results pave the way for the diagnosis of animal exposure to micropollutants in slaughterhouse and during animal breeding.