Les effets anti-allergiques des bactéries lactiques sont suggérés par plusieurs études épidémiologiques, des essais cliniques et des modèles expérimentaux d’allergie. Cependant, les propriétés immunomodulatrices des bactéries lactiques sont sous-exploitées par les stratégies vaccinales développées pour combattre l’allergie et les mécanismes empruntés par ces bactéries pour moduler l’allergie restent peu caractérisés. Dès lors, nous avons caractérisé les propriétés immunomodulatrices qu’exerce Lactobacillus plantarum NCIMB8826, une bactérie lactique modèle, sur la cellule dendritique étant donné le rôle déterminant de cette cellule sur la réponse allergique. Nous montrons que L. plantarum induit une forte sécrétion d’IL-12 p40, d’IL-12 p70, de TNF-a mais une faible production d’IL-10. Cette faculté à induire la sécrétion de cytokines polarisantes dépend de TLR2, de TLR9, de MyD88, de NF-kB, des MAPKs (en particulier JNK, p38 et ERK 1/2), de la composition de l’acide lipotéichoïque de L. plantarum et de CD14. Nous montrons aussi que l’ADN génomique de L. plantarum est un agoniste de TLR9 et que CD14 et CD36 facilitent la liaison de la cellule dendritique avec L. plantarum. Ensuite, nous avons évalué le potentiel vaccinal d’une coadministration L. plantarum + Der p 1 dans un modèle murin d’allergie à Der p 1. Cette formulation vaccinale prévient la production d’IgE Der p 1-spécifique et atténue l’éosinophilie pulmonaire tout en stimulant une forte production d’anticorps IgG2a Der p 1-spécifiques et d’IFN-g par les cellules spléniques. Ces effets bénéfiques nous ont conduit à élaborer une bactérie lactique recombinante dérivée de L. plantarum produisant Der p 1 pour la vaccination contre l’allergie aux acariens. La forme antigénique que nous avons réussi à faire produire par L. plantarum correspond à une protéine de fusion entre la Maltose Binding Protein de E. coli et ProDer p 1 (le zymogène de Der p 1), la présence de ce partenaire de fusion étant indispensable à la production de ProDer p 1. En prophylaxie, la vaccination par cette bactérie recombinante prévient la production d’anticorps IgE-Der p 1-spécifiques et stimule la production d’anticorps IgG2a spécifiques, reproduisant les effets de la coadministration L. plantarum + Der p 1. Elle réduit de manière drastique la production d’IL-5 des cellules spléniques et des cellules ganglionnaires médiastinales et prévient l’éosinophilie pulmonaire mais n’a pas d’effet sur l’hyperréactivité bronchique. Der p 1 étant un des allergènes d’acarien les plus immunodominants, cet ensemble de données montre donc que cette bactérie recombinante constitue un vaccin prophylactique prometteur pour la prévention de l’allergie aux acariens. Des résultats préliminaires obtenus à partir de cellules dendritiques humaines et lymphocytes T autologues montrent la forte capacité de cette bactérie recombinante à induire le développement d’une réponse Th1 fortement polarisée (production d’IFN-g en l’absence de production d’IL-4 et d’IL-5), ce qui suggère que l’utilisation de cette bactérie recombinante pourrait être envisagée pour le traitement de l’allergie chez l’homme.

Les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin sont caractérisées par une inflammation anormale et récurrente du tractus digestif. De nombreuses études ont démontré des effets bénéfiques de souches probiotiques anti-inflammatoires recombinantes ou non. La première partie de cette thèse décrit différentes stratégies d'optimisation de souches de bactéries lactiques en tant que vecteurs de protéines d'intérêt santé. Nous avons ainsi démontré qu'une modification du peptidoglycane de la paroie de Lactococcus lactis influençant la lyse bactérienne ne permettait pas de moduler l'immunogénicité de l'antigène E7 délivré par L. lactis. Nous avons également démontré que la nature du vecteur bactérien était un paramètre essentiel dans la vectorisation de la protéine délivrée : ainsi l'espèce Bifidobacterium infantis induit une réponse immunitaire spécifique à l'antigène E7 supérieure à celle obtenue avec les vecteurs L. lactis et Lactobacillus plantarum. La deuxième partie de cette thèse porte sur l'étude des effets anti-inflammatoires de bactéries recombinantes ou non. Nous avons ainsi démontré que la souche Lb. casei BL23 produisant une superoxyde dismutase à manganèse permettait de diminuer significativement des colites murines induites par administration de dextran sodium sulfate. Enfin, nous avons mis en évidence des propriétés anti-inflammatoires sur divers modèles d'inflammation in vitro / in vivo de Faecalibacterium prausnitzii, première bactérie commensale anti-inflammatoire identifiée sur la base de données cliniques humaines.

Le vin en tant qu’écosystème complexe est un modèle particulièrement intéressant pour l’étudie des interactions entre les microorganismes. L’interaction sans contact celluaire (interaction indirecte) entre la levure Saccharomyces cerevisae et la bactérie lactique Oenococcus oeni a un effect direct sur l’induction et l'achèvement de la fermentation malolactique (FML), une fermentation très importante pour la qualité du vin. Une souche levurienne peut être classée FML+ si elle stimule la croissance bactérienne et FML- si elle a un effet inhibiteur. Les métabolites connus qui inhibent ou stimulent la FML ne permettent pas toujours d’expliquer cette distinction phénotypique. Dans ce travail de thèse, nous avon développé un workflow multidisciplinaire qui combine l’approche métabolomique non ciblée, l’analyse classique ciblée, les statistiques et les réseaux. L’objectif premier était de dévoiler des métabolites levuriens impliqués dans l’interaction entre levures et bactéries par une comparaison directe des exométabolome des deux phénotypes.À cet effet et pour la première fois dans l’éude d’interactions inter-espèces, la Spectrométrie de Masse à Résonance Cyclotronique des Ions et à Transformée de Fourier (FT-ICR-MS) et la Chromatographie Liquide couplée à la Spectrométrie de Masses (UPLC-Q-TOF-MS) ont été combinées. Pour mieux visualiser les données à haut débit générées par les deux plate-formes, une méthode statistique non supervisée MetICA a été developpée et validée. Par rapport à l’analyse en composantes principales (ACP), cette nouvelle méthode peut réduire la dimension des données d'une façon plus robuste et fiable. Afin d’extraire des métabolites impliquées dans la distinction phénotypique, nous avons comparé différentes methodes de classification et choisi la meilleure pour chaque jeu de données. Les structures putatives de ces biomarqueurs ont été validés par la spectrométrie de masse MS/MS et leurs rôles physiologiques sur la croissance bactérienne ont été confirmées in vitro. La découverte de biomarqueurs a été complétée par l’analyse ciblée réalisées par Chromatographie en Phase Liquide à Haute Performance (HPLC). La complémentarité entre les différentes techniques métabolomiques a conduit à l’identification de nouveaux biomarqueurs de familles distinctes, comme des composés phénoliques, des sucres, des nucléotides, des acides aminés et des peptides. En outre , l'analyse des réseaux métaboliques a révélé des liens entre les biomarqueurs de levure et a suggéré des voies bactériennes influencés par l’exo-métabolome de levure.Notre workflow multidisciplinaire a révélé une réelle capacité à identifier des signatures moléculaires nouvelles et inattendues de l’interaction levure-bactérie. / As a complex microbial ecosystem, wine is a particularly interesting model for studying interactions between microorganisms. Contact-independent interactions (indirect interactions) between the yeast Saccharomyces cerevisae and the lactic acid bacterium Oenococcus oeni have a direct effect on malolactic fermentation (MLF), induction and completion, which is an important factor in wine quality. Yeast strains could be classified as MLF+ phenotype if it usually stimulates the bacterial growth or MLF- in the opposite case. The known metabolites that stimulate or inhibit the MLF cannot always explain the phenotypic distinction. In this work, a multidisciplinary workflow combining non-targeted metabolomics, targeted analysis, statistics and network was developed. The main objective was to unravel diverse yeast metabolites involved in yeast-bacteria interaction via a direct comparison of exo-metabolomes of MLF+ and MLF- phenotypes.To that purpose, and for the first time in the research of interspecies microbial interactions, two metabolomics platforms, Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance -Mass Spectrometry (FT-ICR-MS) and Liquid Chromatography coupled with Mass Spectrometry (UPLC-Q-TOF-MS) were used in combination. To better visualize the high-throughput data generated from the two platforms, a novel unsupervised statistical method, the MetICA was developed and validated. Compared to classical principal component analysis (PCA), the new method reduced the data dimension in a more robust and reliable way. To extract metabolic features involved in the phenotypic distinction, we have compared different statistical classifiers and selected the best one for each dataset. Putative structures of these biomarkers were validated via MS/MS fragmentation analysis and their physiological roles to bacteria were confirmed in vitro. The discovery of biomarkers was complemented by targeted HPLC (high performance liquid chromatography) analysis. The complementarities between different analytical techniques led to new biomarkers of distinct chemical families, such as phenolic compounds, carbohydrates, nucleotides, amino acids and peptides. Furthermore, metabolic network analysis has revealed connections between yeast biomarkers and suggested bacterial pathways influenced by yeast exo-metabolome.Our multidisciplinary workflow has shown its ability to find new and unexpected molecular evidence of wine yeast-bacteria interaction.

Les effets anti-allergiques des bactéries lactiques sont suggérés par plusieurs études épidémiologiques, des essais cliniques et des modèles expérimentaux d’allergie. Cependant, les propriétés immunomodulatrices des bactéries lactiques sont sous-exploitées par les stratégies vaccinales développées pour combattre l’allergie et les mécanismes empruntés par ces bactéries pour moduler l’allergie restent peu caractérisés.<p>Dès lors, nous avons caractérisé les propriétés immunomodulatrices qu’exerce Lactobacillus plantarum NCIMB8826, une bactérie lactique modèle, sur la cellule dendritique étant donné le rôle déterminant de cette cellule sur la réponse allergique. Nous montrons que L. plantarum induit une forte sécrétion d’IL-12 p40, d’IL-12 p70, de TNF-a mais une faible production d’IL-10. Cette faculté à induire la sécrétion de cytokines polarisantes dépend de TLR2, de TLR9, de MyD88, de NF-kB, des MAPKs (en particulier JNK, p38 et ERK 1/2), de la composition de l’acide lipotéichoïque de L. plantarum et de CD14. Nous montrons aussi que l’ADN génomique de L. plantarum est un agoniste de TLR9 et que CD14 et CD36 facilitent la liaison de la cellule dendritique avec L. plantarum.<p>Ensuite, nous avons évalué le potentiel vaccinal d’une coadministration L. plantarum + Der p 1 dans un modèle murin d’allergie à Der p 1. Cette formulation vaccinale prévient la production d’IgE Der p 1-spécifique et atténue l’éosinophilie pulmonaire tout en stimulant une forte production d’anticorps IgG2a Der p 1-spécifiques et d’IFN-g par les cellules spléniques. Ces effets bénéfiques nous ont conduit à élaborer une bactérie lactique recombinante dérivée de L. plantarum produisant Der p 1 pour la vaccination contre l’allergie aux acariens. La forme antigénique que nous avons réussi à faire produire par L. plantarum correspond à une protéine de fusion entre la Maltose Binding Protein de E. coli et ProDer p 1 (le zymogène de Der p 1), la présence de ce partenaire de fusion étant indispensable à la production de ProDer p 1. En prophylaxie, la vaccination par cette bactérie recombinante prévient la production d’anticorps IgE-Der p 1-spécifiques et stimule la production d’anticorps IgG2a spécifiques, reproduisant les effets de la coadministration L. plantarum + Der p 1. Elle réduit de manière drastique la production d’IL-5 des cellules spléniques et des cellules ganglionnaires médiastinales et prévient l’éosinophilie pulmonaire mais n’a pas d’effet sur l’hyperréactivité bronchique. Der p 1 étant un des allergènes d’acarien les plus immunodominants, cet ensemble de données montre donc que cette bactérie recombinante constitue un vaccin prophylactique prometteur pour la prévention de l’allergie aux acariens. Des résultats préliminaires obtenus à partir de cellules dendritiques humaines et lymphocytes T autologues montrent la forte capacité de cette bactérie recombinante à induire le développement d’une réponse Th1 fortement polarisée (production d’IFN-g en l’absence de production d’IL-4 et d’IL-5), ce qui suggère que l’utilisation de cette bactérie recombinante pourrait être envisagée pour le traitement de l’allergie chez l’homme. <p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished