Epioblasma capsaeformis, commonly named the oyster mussel, once occupied thousands of miles of stream reaches, but has now been reduced in range to small, isolated populations in a few river reaches. Due to this significant decline in population numbers, a study was conducted to develop a diet for propagating this endangered species under captive conditions. Oyster mussel juveniles were collected from several sites on the Clinch River and sacrificed for gut content and biochemical composition analyses in summer. Feces and pseudofeces from live river-collected juveniles were examined seasonally for algae, detritus, and bacteria to qualitatively determine diet of specimens. Two feeding trials also were conducted in this study to evaluate effect of diet (commercial and non-commercial diets), on growth and survival of oyster mussel juveniles. From examination of gut contents, fecal and pseudofecal samples, it was apparent that algae and a significant amount of detritus (~90%) composed wild juvenile diets. E. capsaeformis juveniles (1-3 y of age) could have fed on particles up to 20 µm in size and seemed they were mostly ingesting particles within the 1.5-12 µm size range. Protein content of sacrificed juveniles ranged from 313 to 884 mg/g and was highly variable. Glycogen content ranged from 49-171 mg/g. Caloric content of four juveniles ranged from 2,935.10 to 4,287.94 cal/g, providing a preliminary baseline range for future energetic studies on freshwater mussels. Growth was significantly higher in those juveniles fed the triple concentration algae-mix (62,076 cells/ml) than all other diets tested in trial 1. Results of both feeding trials indicated that survival of juvenile oyster mussels was enhanced when fed an algal diet supplemented by bioflocs. / Master of Science

Le microbiote intestinal, c'est-à-dire l'ensemble des micro-organismes résidant dans l'intestin, a un impact majeur sur la santé de l'hôte. Certains d'entre eux sont notamment impliqués dans l'apparition et la progression du cancer colorectal (CCR). Le CCR est responsable de 700 000 décès par an dans le monde, ce qui en fait la quatrième cause de mortalité par cancer : un Canadien sur 13 et une Canadienne sur 16 seront touchés par le CCR au cours de leur vie. Il a été démontré que l'apparition du cancer colorectal peut être favorisée par des facteurs alimentaires, en raison de leur influence sur la composition du microbiote intestinal. En outre, l'utilisation fréquente d'antibiotiques est une source majeure de perturbation de l'écosystème intestinal. Le rôle du microbiote intestinal dans l'apparition possible et la promotion du CCR est une question dont les mécanismes ne sont encore que partiellement compris. Il a été démontré que les bactéries pathogènes se développent dans un environnement riche en fer via l’augmentation de leur virulence. Les patients atteints de CCR reçoivent souvent des suppléments de fer par voie orale pour traiter l'anémie liée au CCR, une affection très répandue dans cette population. En outre, lors de l'ablation chirurgicale du CCR, des antibiotiques oraux sont administrés pour réduire le risque d'infection, ce qui entraîne une réduction de la quantité de micro-organismes dans l'intestin. Plus généralement, une proportion importante de la population mondiale reçoit des suppléments de fer et l'utilisation d'antibiotiques est fréquente. Par conséquent, le microbiote intestinal est fréquemment soumis à des perturbations qui peuvent être délétères. L'objectif de ce travail était d'étudier le rôle du fer sur la cancérogénicité du côlon à travers l'hypothèse d'un effet médié par le microbiote intestinal. Le travail présenté démontre dans un modèle de souris, qu'en cas de supplémentation orale en fer après un traitement antibiotique, il y a une augmentation significative de 3 espèces bactériennes et de 4 fonctions microbiennes connues pour favoriser l'inflammation intestinale et/ou le CCR. En outre, il y a eu une diminution de la concentration fécale de butyrate, un produit de la fermentation microbienne, essentiel pour la santé intestinale et pour l'inhibition de la prolifération des cellules du CCR. Dans une deuxième série d'expériences, des souris ApcMin/+, un modèle murin de polypose intestinale, ont été soumises à un régime riche ou pauvre en fer. Il a été démontré que la carcinogenèse colorectale dépendait du microbiote intestinal. Plus précisément, les souris ApcMin/+ précolonisées avec le microbiote intestinal de patients atteints de CCR, mais pas avec des contrôles sains ou murin, ont montré une progression accélérée du CCR dans le groupe recevant un supplément de fer par voie orale. En particulier, les souris précolonisées avec le microbiote intestinal de patients atteints de CCR ont développé davantage de tumeurs coliques de plus grande taille, une prolifération accélérée des cellules épithéliales et des carcinomes invasifs lorsqu'elles étaient supplémentées en fer. Ces effets s'accompagnent d'une diminution unique de l'abondance des bactéries bénéfiques. Ces modifications de la composition du microbiote intestinal en réponse au fer ont entraîné des changements délétères spécifiques dans les fonctions microbiennes intestinales liées à la progression et à l'initiation du CCR, ainsi qu'une diminution de la concentration de butyrate dans les selles. De plus, afin de démontrer un lien de cause à effet entre la promotion du CCR observée lors de la supplémentation orale en fer et l'abondance réduite des espèces bactériennes bénéfiques précédemment identifiées, des souris ApcMin/+précolonisées avec le microbiote intestinal de patients atteints de CCR ont été hebdomadairement supplémentées par voie orale. Ces interventions ont permis de réduire l'effet cancérigène sur le côlon d'une supplémentation orale en fer, par rapport à des souris non supplémentées nourries avec le même régime riche en fer, via l’augmentation de la concentration fécale en acides gras à chaine courte. Enfin, ces travaux ont permis de développer un outil bio-informatique, destiné à tous les chercheurs voulant représenter et analyser les données du microbiote. Il répond au besoin de permettre aux chercheurs, même ceux qui ne sont pas formés à la bio-informatique ou à l'analyse du microbiote, de produire des représentations graphiques de la composition du microbiote. Ces graphiques sont faciles à produire, prêts à être publiés et contiennent des informations utiles pour comprendre la dynamique du microbiote. De plus, un outil statistique spécialisé dans l'analyse des variations de l'abondance des communautés microbiennes est directement inclus, et les différences sont mises en évidence dans le graphique. En résumé, nous avons démontré qu'une supplémentation orale en fer chez des modèles de souris induit un changement délétère, pro-cancérigène, de la composition et de la fonction du microbiote intestinal qui dépendent du microbiote intestinal initial. Ces changements induits par le fer conduisent à une diminution des bactéries protectrices et des métabolites bactériens, induisant une augmentation de la carcinogenèse colorectale dans le modèle de souris ApcMin/+ précolonisées avec le microbiote intestinal CCR. Enfin, des outils d'analyse et de représentation du microbiote intestinal ont été développés et rendus accessibles. / The gut microbiota, i.e. all the microorganisms residing in the gut, have a major impact on host health. In particular, some of them are implicated in the onset and progression of colorectal cancer (CRC). CRC is responsible for 700,000 deaths a year worldwide, making it the 4th leading cause of cancer mortality: one out of 13 Canadian men and one out of 16 Canadian women will be affected by CRC during their lifetime. It has been shown that the onset of CRC can be promoted by dietary factors, through their influences on the composition of the gut microbiota. Furthermore, the frequent use of antibiotics is a major source of disturbance on the intestinal ecosystem. The mechanisms by which the gut microbiota may contribute to the onset and progression of the CRC remain only partially understood. It has been shown that pathogenic bacteria thrive in an iron-rich environment by increasing their virulence. CRC patients are often given oral iron supplementation to treat the CRC-related anemia, a highly prevalent condition in this population. Moreover, when CRC is surgically removed, oral antibiotics are given to reduce the risk of infection, leading to a reduction in the amount of microorganisms within the gut. More generally, a significant proportion of the world's population receives oral iron supplementation, and antibiotic use is frequent. As a result, the gut microbiota is frequently subject to perturbations that may be deleterious. By this work, the aim was to investigate the role of iron on colonic carcinogenicity through the hypothesis of a gut microbiota mediated effect. The presented work demonstrated, in a wild-type (WT) mouse model, that in the occurrence of oral iron supplementation after antibiotic treatment, there was a significant increase in 3 bacterial species and 4 microbial functions known to promote intestinal inflammation and/or CRC. Furthermore, there was a decrease in the fecal concentration of butyrate, a product of microbial fermentation, essential for intestinal health and for the inhibition of the CRC cell proliferation. In a second set of experiments, ApcMin/+ mice, a murine model of intestinal polyposis, were subjected to an iron-rich or iron-sufficient diet. A gut microbiota-dependent response in colonic carcinogenesis was demonstrated. Specifically, ApcMin/+ mice pre-colonized with gut microbiota from CRC patients, but not with healthy controls or murine gut microbiota, showed an accelerated cancer progression among the oral iron supplementation group. In particular, the mice pre-colonized with the CRC gut microbiota developed more colonic tumors of greater size, accelerated epithelial cell proliferation and invasive carcinomas when iron supplemented. These effects were accompanied with a unique decrease in the abundance of beneficial bacteria. These gut microbiota dependant changes in gut microbiota composition in response to iron led to specific deleterious shifts in gut microbial functions related to CRC progression and initiation, as well as a decrease in fecal butyrate concentration. Moreover, in order to demonstrate a causal link between the promotion of CRC observed during oral iron supplementation and the reduced abundance of the beneficial bacterial species previously identified, pre-colonized ApcMin/+ mice with gut microbiota from CRC patients were weekly orally supplemented. These interventions were able to reduce the colonic carcinogenicity effect of oral iron supplementation, comparatively to unsupplemented mice fed the same iron rich diet, through increased fecal short-chain-fatty-acids concentrations. Finally, these works allowed to develop a bioinformatic tool, intended for all researchers looking for representing and analyzing microbiota data. It fills the gap of allowing researchers, even the one not trained on bioinformatics or microbiota analysis, to produce graphical representations of microbiota composition. These graphs are easy to produce, publication-ready, and contain information useful for understanding the dynamics of the microbiota. In addition, a statistical tool specialized in the analysis of variations in microbial community abundance is directly included, and differences are highlighted within the graph. In summary, we have demonstrated that oral iron supplementation in mice models induces a deleterious, pro-carcinogenic, shift of the gut microbiota composition and function that are gut microbiota dependant. These iron-induced changes lead to decreased of protective bacteria and bacterial metabolites, inducing an increase in colorectal carcinogenesis in the ApcMin/+ mouse model pre-colonized with CRC gut microbiota. Finally, tools for analysis and representation of the gut microbiota have been developed and made accessible.

Si les modifications dans l’expression et les propriétés des mucines ont été largement décrites dans la physiopathologie des maladies inflammatoires chroniques de l’intestin, la caractérisation structurale et fonctionnelle de la barrière de mucus reste parcellaire dans le contexte micro-inflammatoire du syndrome de l’intestin irritable (SII). Par ailleurs, certains traitements probiotiques préviennent la rupture de l’intégrité de la barrière épithéliale intestinale, provoquée en conditions de stress mais peu de travaux décrivent leur influence sur les modifications de la structure du mucus, induites par le stress. Cette étude a comme objectifs d’évaluer chez le rat (i) si un stress chronique modifie le nombre de cellules à mucus et l’expression de la mucine Muc2, ainsi que la nature biochimique des mucines secrétées au niveau de l’iléon et du côlon, et plus particulièrement les O-glycanes, (ii) si un traitement probiotique (Lactobacillus farciminis) prévient les modifications du mucus potentiellement induites, (iii) si les effets observés sont en lien avec la capacité de colonisation in vivo de L. farciminis.Méthodes. Des rats Wistar mâles ont reçu L. farciminis ou une solution saline. Les animaux ont été soumis au stress d’évitement passif de l’eau (WAS) pendant 1h/jour ou à un stress fictif (contrôle), pendant les 4 derniers jours des traitements. Différents prélèvements ont été effectués au niveau de l’iléon et du côlon pour (i) des analyses sur coupes (immuno-marquage, nombre de cellules à mucus) et (ii) la détermination du profil de O-glycosylation des mucines. La morphologie de la couche de mucus a été évaluée par microscopie à force atomique (AFM). L. farciminis a été visualisé par "Fluorescence in situ Hybridization", confirmée par qPCR et son adhésion à la muqueuse a été déterminée par une méthode ex situ. La perméabilité paracellulaire et la sensibilité viscérale ont été évaluées.Résultats. Le WAS ne modifie pas le nombre de cellules à mucus ni l’expression de la mucine Muc2 aux niveaux iléal et colique. L’analyse par spectrométrie de masse a révélé que le stress induit des altérations de la O-glycosylation des mucines. Une augmentation marquée du degré de complexité des structures glycaniques a été observée, se traduisant par l’apparition de chaînes polylactosaminiques, sans modification toutefois du taux de sialylation et de sulfatation des mucines. La couche de mucus en condition de stress, observée par AFM, présente une morphologie aplatie et moins cohésive. L'hypothèse serait que les modifications structurales des O-glycanes influencent les interactions physico-chimiques entre les fibres de mucines, impactant de manière négative l’intégrité de la barrière de mucus. Cette altération de la couche de mucus s'accompagne d'un défaut de la barrière épithéliale et d'une hypersensibilité viscérale. L’administration de la souche probiotique prévient ces changements provoqués par le WAS. L. farciminis a été retrouvé au sein de l’iléon et du côlon. Par ailleurs, la présence de "Segmented Filamentous Bacteria" (SFB) a été mise en évidence, par FISH et microscopie électronique, au niveau de l’iléon sur l'ensemble des animaux testés. Le traitement par L. farciminis induit une diminution de la population des SFB aussi bien chez les animaux contrôles que stressés. Conclusion. Nous avons montré qu’un stress chronique chez le rat, outre les modifications fonctionnelles de l'épithélium intestinal (hyperperméabilité intestinale et hypersensibilité viscérale), altère la structure O-glycanique des mucines sans affecter l’expression de Muc2. Ces altérations se traduisent par une perte des propriétés cohésives de la couche de mucus. La souche probiotique L. farciminis, en prévenant l’ensemble des modifications induites par le stress, contribue au renforcement de la fonction barrière de l'intestin. Cette étude fournit un argumentaire complémentaire pour l’utilisation de cette souche dans le traitement du SII. / Background. Despite a large body of literature incriminating mucus alterations in the pathogenesis of Intestinal Bowel Diseases (IBD), structural and physical changes in the mucus layer remain poorly understood in the micro-inflammatory context of Irritable Bowel Syndrome (IBS). Moreover, some probiotic treatments prevent stress-induced intestinal epithelial barrier impairment but little is known about their influence on intestinal mucin structural modifications and mucus properties induced by stress. Thereby, this study aimed at evaluating whether (i) a chronic stress modified the number of gut goblet cells and Muc2 expression, nature of secreted mucins in both ileum and colon and more particularly mucin O-glycosylation, (ii) L. farciminis treatment prevented these alterations and (iii) observed effects were related to the in vivo colonization capacity of L. farciminis.Methods. Wistar rats received orally L. farciminis (1011 UFC/day) or vehicle (NaCl 0.9% (w/v)) for 14 days. From day 10 to day 14, they were submitted either to sham (control) or 4-day Water Avoidance Stress (WAS) during 1 hour per day. After sacrifice, different samples (tissues, mucosa) were collected in both ileal and colonic regions for (i) histological analyses (Muc 2 immunohistochemistry, number of goblet cells by Periodic Acid Schiff/Hemalun) and (ii) O-glycosylation profile by mass spectrometry after mucin extraction and purification. In parallel, the morphology of the mucus layer was evaluated by atomic force microscopy. Spatial localization of L. farciminis was assessed by Fluorescence In Situ Hybridization (FISH), confirmed by qPCR. Mucosal adhesion of L. farciminis was determined by an ex situ method. In complement, intestinal paracellular permeability and visceral sensitivity were measured.Results. WAS did not modify neither the number of intestinal goblet cells nor Muc2 expression in both ileum and colon. In contrast, the mass spectrometry analysis demonstrated that O-glycosylation of mucins was strongly affected by WAS. Indeed, a strongly increase in the complexity degree of O-glycan structures was observed in both ileum and colon, with the appearance of elongated polylactosaminic chains (repetition of the disaccharidic unit composed of galactose and N-acetylglucosamine), without modifications of mucin sialylation and sulfation. Under stress conditions, the mucus layer, observed by atomic force microscopy, showed a flattened morphology, probably indicative of a loss in its cohesive properties. We hypothesized that O-glycan structural modifications influence physico-chemical interactions between mucins fibers. Stress also induced intestinal hyperpermeability and visceral hypersensitivity. The mucus layer alteration was, thus, in relation with epithelial barrier impairment and visceral hypersensitivity. L. farciminis administration prevented WAS-induced functional, biochemical and physical changes of mucus. The presence of L. farciminis in the ileum and colon was detected by FISH and qPCR, albeit with quantitative and qualitative differences in the colonization capacity within these two intestinal compartments. Furthermore, the presence of Segmented Filamentous Bacteria (SFB) was shown in the ileum whatever the conditions under study. L. farciminis reduced the SFB population level in both control and stressed animals.Conclusion. Chronic stress induced functional changes (intestinal hyperpermeability and visceral hypersensitivity) in rats, as well as a shift in mucin O-glycosylation rather than changes in mucin expression. Intestinal mucin O-glycan modifications resulted in a loss of mucus layer cohesive properties. L. farciminis treatment prevented impairment of both intestinal epithelial and mucus barriers, reflecting an enhancement of the protective barrier function. These results confirm that L. farciminis is a valuable probiotic in the IBS management.

La production endogène de glucose est une fonction cruciale de l'organisme, permettant de maintenir l'homéostasie glycémique. Alors que la production accrue de glucose par le foie a des effets délétères, la néoglucogenèse intestinale (NGI) exerce des effets bénéfiques sur l'équilibre métabolique de l'organisme. Les régimes hyperprotéiques sont connus pour leurs effets de satiété. Grâce à des travaux physiologiques et moléculaires chez le rat et la souris, nous montrons dans une première partie que l'effet bénéfique des régimes hyperprotéiques passe par une induction de la NGI. Lors de la digestion des protéines alimentaires, des di- et tripeptides sont libérés dans la veine porte. Ces molécules agissent comme des antagonistes des récepteurs μ-opioïdes de la veine porte, initiant un arc réflexe intestin-cerveau induisant la NGI et la satiété. Dans un deuxième temps, nous proposons un modèle rendant compte des effets bénéfiques des régimes riches en fibres, tels que l'amélioration de la sensibilité à l'insuline et l'induction de la dépense énergétique. Les fibres solubles sont fermentées par le microbiote intestinal, produisant des acides gras à chaîne courte (AGCC), acétate, propionate et butyrate, à l'origine des effets métaboliques observés. Nous montrons que le butyrate active directement les gènes de la NGI dans les entérocytes, et que le propionate se lie aux récepteurs FFAR3 dans le système nerveux périportal, initiant un mécanisme de communication entre l'intestin et le cerveau induisant la NGI. De plus, nous montrons que la modification de la composition du microbiote par les fibres alimentaires n'est pas suffisante en soi pour induire les effets bénéfiques en absence de NGI / Endogenous glucose production is a crucial function for the organism, accounting for the maintenance of glucose homeostasis. While an increase in hepatic glucose production has deleterious effects, intestinal gluconeogenesis (IGN) has beneficial effects on the metabolic balance of the organism. Protein-rich diets are knows for their satiety effects. Thanks to physiological and molecular studies on rats and mice, we first show that the beneficial effects of protein-rich diets are dependent on activation of IGN. When dietary protein is digested, di- and tri-peptides are released into the portal vein. These molecules act as μ-opioid receptor antagonists in the portal vein, initiating a gut-brain neural reflex arc inducing IGN and satiety. In a second study, we propose a model accounting for the beneficial effects of fiber-enriched diets, such as increased insulin sensitivity and induction of energy expenditure. Soluble dietary fiber is fermented by the gut microbiota, producing short-chain fatty acids (SCFAs), acetate, propionate and butyrate, which are responsible for the observed metabolic effects. We show that butyrate directly activates IGN in the enterocytes, while propionate binds to FFAR3 receptors in the portal vein nervous system, initiating a gut-brain neural communication mechanism inducing IGN. Moreover, we show that modifications in the microbiota composition by dietary fiber are not sufficient to induce metabolic beneficial effects in the absence of IGN

Univ., Diss.--Wuppertal, 2003.

The effect of gluten-free diet on β-cell residual capacity, immune function and gut microbiome in children with newly diagnosed type 1. diabetes Abstract The pathophysiology of the onset and progression of type 1 diabetes (T1D) is not fully understood. Gluten has a proinflammatory effect on the immune system and is therefore considered as one of the factors affecting the onset and progression of T1D. The aim of the thesis is to allow a complex insight into the role of the GFD on the residual β-cell capacity, T1D control, gut microbiome, gut permeability, subtypes of immune cells and the effect of gut microbiome transfer into germ-free non-obese diabetic (NOD) mice on the incidence of diabetes. On the group of 45 children with T1D (26 intervention group, 19 control group) we proved the association of the GFD with slower decrease of β-cell residual capacity (the difference in the trend of C-peptide decrease 409 pmol/l/year; p = 0,04) and lower HbA1c (by 7,8 mmol/mol; p=0,02). We also described the changes in the gut bacteria that were differentially abundant after the administration of the GFD and the changes in abundance of the regulatory and effector immune cells. We showed there was no change in the gut permeability with respect to the study group. We also proved that the transfer of human gut microbiota...

In the human gut, bacterial fermentation of dietary fibers and proteins produces metabolites, primarily as short-chain fatty acids (SCFA), that are highly beneficial for host health. However, unlike dietary fiber, bacterial fermentation of protein additionally generates potentially toxic substances such as ammonia, hydrogen sulfide, amines, and indoles. It is believed that most gut bacteria favor utilization of dietary fiber over that of protein for energy. Therefore, when fermentable dietary fiber is readily available to colonic bacteria, protein fermentation, and its subsequent potentially toxic metabolites, remains relatively low. Dietary intake primarily determines the quantity of dietary fiber and protein substrate available to the gut microbiota and the resulting profile of metabolites produced. Increased protein consumption is associated with deleterious health outcomes such as higher risk of colorectal cancer and type II diabetes. Conversely, diets following US dietary recommendations are high in fiber, which promote a healthy microbiome and are protective against disease. Diets following the recommendation are also moderate in protein intake so that, ultimately, far more fiber than protein is available for colonic bacterial fermentation. On the contrary, dietary fiber intake is chronically low in a standard Western diet, while protein consumption is above dietary recommendations, which results in nearly equal amounts of dietary fiber and protein available for gut microbial fermentation. Furthermore, the popularity of high-protein diets for athletes, as well as that of high-protein low-carbohydrate diets for weight loss, may flip fiber and protein substrate proportions upside down, resulting in more protein than fiber available in the gut for fermentation. The objective of this study was to elucidate how substrate ratios in protein-fiber mixtures affect protein fermentation and metabolites, as well as examine the degree to which fiber source may influence these outcomes. Each dietary fiber source [fructooligosaccharides (FOS), apple pectin (Pectin), a wheat bran and raw potato starch mixture (WB+PS), and an even mixture of the three aforementioned fibers (Even Mix)] and protein were combined in three ratios and provided as substrate for in vitro fecal fermentation to understand how low, medium, and high fiber inclusion levels influence fermentation outcomes. They were compared to 100% protein and fiber (each different fiber) controls. Branched-chain fatty acids (BCFAs), metabolites produced exclusively from protein fermentation, were used as a measure of protein fermentation; the data were normalized based on the initial quantity of protein within the substrate. In protein-fiber substrate mixtures, only FOS and Even Mix inhibited BCFAs (mM/g protein basis) and only when they made up at least half of the substrate. Unexpectedly, the rate of protein fermentation was increased when the protein-fiber substrate contained 25% WB+PS fiber, possibly due to the starch component of the fiber. There was evidence that when pH drops during fermentation, as was the case for protein-FOS mixtures, it played a significant role in suppressing protein fermentation. Ammonia production was not largely affected by increasing the proportion of dietary fiber. A significant reduction did not occur until FOS made up at least 50% of the protein-fiber substrate; for Pectin, WB+PS, and Even Mix fibers, 75% inclusion was required for a significant decrease in ammonia. Interestingly, protein was butyrogenic. Protein as the sole substrate produced more butyrate than either Pectin or Even Mix as the sole substrates, and in fact, addition of Pectin to protein significantly reduced butyrate concentrations. However, the possible benefits of butyrate produced via protein fermentation needs to be tempered by the production of potentially toxic compounds and the association between protein fermentation and colorectal cancer. Overall, the thesis findings showed protein fermentation to be relatively stable and not easily influenced by increasing the availability of dietary fiber, and no clear evidence of microbial preference for carbohydrates over protein was found.

Le microbiote intestinal est constitué d’un écosystème complexe de microorganismes appartenant à différents règnes. Cependant, la majorité de ces microorganismes sont d’origine bactérienne. Par conséquent, de nombreuses études, y compris la présente, se concentrent sur l’étude des communautés bactériennes. Les microorganismes ont développé une relation mutualiste avec le corps humain et agissent de plusieurs manières sur sa santé. Une perturbation du microbiote intestinal, nommée dysbiose, est reliée au développement d’une multitude de problèmes de santé chez diverses espèces animales. La transplantation de microbiote fécal suscite l’intérêt dans le domaine de la médecine vétérinaire. La préparation et l’entreposage affectent la composition et la viabilité bactérienne des fèces destinées à la transplantation de microbiote fécal (TMF). Jusqu’à présent, il demeure l’absence d’un protocole vétérinaire pour effectuer la préparation et l’entreposage des transplants fécaux canins. Par conséquent, l’objectif de cette étude était de comparer la viabilité bactérienne d’échantillons fécaux en présence et en absence d’oxygène et d’effectuer la congélation à l’aide de deux cryoprotecteurs différents. Les hypothèses de ce projet étaient les suivantes : la préparation des échantillons en absence d’oxygène préservera la viabilité bactérienne, l’utilisation d’un cryoprotecteur contenant des antioxydants pour la congélation générera le meilleur taux de viabilité, et le microbiote de chaque individu n’aura pas la même capacité à résister aux effets de la préparation et de l’entreposage. Les fèces de 10 chiens en santé ont été collectées et immédiatement transférées à l’intérieur d’une chambre anaérobique. Des aliquotes de 1,8 g ont été diluées dans 7,2 ml d’un cryoprotecteur contenant du glycérol à 10% (Gly) ou des antioxydants (Cryo). Les échantillons ont été homogénéisés et filtrés en condition aérobique (Ae) et en condition anaérobique (An) à l’intérieur d’une chambre anaérobique, simulant la préparation de la TMF. Les échantillons ont été congelés à -20 °C durant 90 jours (F) pour l’évaluation des effets de l’entreposage. La viabilité bactérienne des échantillons a été déterminée à l’aide de la cytométrie de flux. L’analyse de la composition bactérienne chez les 10 donneurs de matières fécales a été réalisée par le séquençage de la région V4 du gène de l’ARNr 16S à l’aide de la plateforme Illumina MiSeq. Les échantillons non congelés, préparés en absence d’oxygène et dilués avec Cryo présentaient les plus grands taux de viabilité (66,78 %) par rapport aux autres groupes (p < 0,05). Les échantillons exposés à l’oxygène avaient une viabilité bactérienne inférieure (p < 0,01). Toutefois, les échantillons dilués avec Cryo présentaient une viabilité plus élevée (65,26 %) que les échantillons dilués dans Gly (55,20 % ; p < 0,001) en présence d’oxygène. La viabilité bactérienne a diminué en raison de la congélation des échantillons (p < 0,001). L’ensemble des échantillons frais avaient une viabilité médiane de 62,23 % et, à la suite de la congélation, elle était de 22,68 %. Cependant, les échantillons congelés à l’aide de glycérol avaient une viabilité plus élevée (30,61 % ; p < 0,001). Le genre Prevotella était fortement corrélé à la viabilité (R = 0,731 ; p < 0,05, R = 0,756 ; p < 0,05, R = 0,834 ; p < 0,01, R = 0,752 ; p < 0,05). Ces résultats indiquent que la viabilité bactérienne est optimale lors de l’utilisation de matières fécales en absence d’oxygène et lors d’une dilution à l’aide d’un cryoprotecteur contenant des antioxydants. La congélation a significativement réduit la viabilité bactérienne, mais le glycérol semble mieux préserver les bactéries. La présence de certaines espèces plus résistantes et l’impact de la composition du microbiote sur l’efficacité de la TMF nécessitent une enquête plus approfondie. / The intestinal microbiota is made up of a complex ecosystem of microorganisms belonging to different kingdoms. However, bacterial cells are much more numerous. Therefore, many studies, including the present one, focus on the study of bacterial communities. Microorganisms have developed a mutualistic relationship with the animal body and act in several ways on its health. A disturbance of the intestinal microbiota, called dysbiosis, is linked to the development of a multitude of health problems in various animal species. There is an emerging interest in the transplantation of fecal microbiota in veterinary medicine. Preparation and storage affect the quality of transplants intended for faecal microbiota transplantation (FMT). Considering the absence of a protocol in veterinary medicine, the objective of this study was to optimize bacterial viability during the preparation and storage of canine fecal transplants. The hypotheses of this project were that the preparation of samples in the absence of oxygen will preserve bacterial viability, that the use of a cryoprotectant containing antioxidants for freezing will yield the best viability rate and the microbiota of individuals does not have the same ability to withstand the effects of preparation and storage. Feces from ten healthy dogs were collected, and immediately transferred inside an anaerobic chamber. Aliquots of 1.8 g were diluted in 7.2 ml of a cryoprotectant containing glycerol (Gly) or antioxidants (Cryo). The samples were homogenized and filtered, simulating the TMF preparation. To evaluate the impact of oxygen on bacterial viability, the procedures were performed outside (Ae) and inside (An) the anaerobic chamber. Samples were frozen at -20°C for 90 days (F) to evaluate effect of freezing. The bacterial viability of samples was determined using flow cytometry. Analysis of the bacterial composition was performed by sequencing the V4 region of the 16S rRNA gene, using the Illumina MiSeq platform. Fresh samples prepared under anaerobiosis and diluted with Cryo had the highest viability (66.78%) compared to the other groups (p < 0.05). Bacterial viability was affected by oxygen (p < 0.01) but solutions prepared with Cryo had higher viability (65.26%) than samples diluted in Gly (55.20%; p < 0.001). Freezing decreased bacterial viability from 62.23% to 22.68% (p < 0.001). However, samples frozen using glycerol showed higher viability (30.61%; p < 0.001). The genus Prevotella was strongly correlated with viability (R = 0.731; p < 0.05, R = 0.756; p < 0.05, R = 0.834; p < 0.01, R = 0.752; p < 0.05). These results show that bacterial viability is optimal when preparing feces under anaerobic conditions and using a cryoprotectant containing antioxidants. If freezing is necessary, glycerol seems to preserve the bacteria better. The presence of some more resilient species and the impact of microbiota composition on the efficacy of TMF requires further investigation.

<p>The gut and brain are involved in a bi-directional communication system, referred to as the gut-brain axis. While it has been established that antimicrobials induce dysbiosis in the gut, which further disrupts immune and metabolic homeostasis, research on brain and behaviour development is becoming a topic of interest. We propose that alterations via antibiotics at the level of the gut microbiota impacts the gut-brain axis. The primary interest of this thesis is to understand the effects that antibiotics have on brain and behaviour development in conjunction with changes in the immune system and metabolism using the antibiotic mouse model. Mice treated with antibiotics revealed behavioural differences in the open field apparatus and three-chamber social behaviour apparatus, but not in the elevated plus maze and auditory fear conditionings enclosures. Evaluation of intestinal permeability revealed that female Balb/C mice administered a combination of bacitracin, neomycin and primaricin and another group administered a combination of ampicillin, neomycin and primaricin showed reduced intestinal permeability. Furthermore, the immune system condition was evaluated using flow cytometric analysis of spleens, which revealed no effect of treatment on immune cell profiles in CD1 mice treated with ampicillin. Evaluation of serum cytokine levels showed minimal differences in Balb/C and C57Bl/6 mice treated with antibiotics. Body weight and water and food consumption were evaluated in mice administered antibiotics. Weight loss differences were observed in two groups of female Balb/C mice, with the first group administered bacitracin, neomycin and primaricin and the second group administered ampicillin , neomycin and primaricin. Antibiotic treatment dependent differences in water and food consumption were observed. Serum insulin and leptin level investigation revealed that female Balb/C mice administered ampicillin, neomycin and primaricin had reduced serum insulin levels compared to strain matched controls. These findings indicate that antibiotic treatment impact metabolic function. This pilot study using antibiotic treated mouse models provides insight on the microbiota’s effects on the gut-brain axis, which can help to potentially identify methods of preventing gut microbiota mediated pathology in humans.</p> / Master of Science (MSc)

Background. Long-term sick leave is one of the main risk factors for permanent exit out of the labour market. The longer the duration of sickness absence, the less likely sick leave conclusion. Objectives and Methods. The aims were to analyse possible determinants of sick leave conclusion and their relative impacts, to analyse the properties of two models for the assessment of sick leave conclusion, to study the impact of a multidisciplinary vocational intervention for sick leave conclusion in a high-risk group for long-term sick leave compared to a matched-control group, and to compare the patients’ own assessment on chance to sick leave conclusion within 6 months with the assessment of a team of rehabilitation professionals. A prospective cohort study of 943 patients aged 18 to 63 years, sickness certified at a Primary Health Care Centre in Sweden during 8 months in 2004, and follow-up for three years. Results. Significant determinants increasing time to sick leave conclusion were number of sick leave days the year before baseline, age and a psychiatric diagnosis (F in ICD-10). Concordance between actual sick leave conclusion and that predicted by a computer-based model was 73-76% during the first 28-180 days in a manual model, and approximately 10% units higher in a computer based model. Three nomograms provided detailed information on the probability on sick leave conclusion. Before intervention started, the rehabilitation group had a 73% higher sick leave conclusion rate than the control group but during the rehabilitation programme period, a 51% lower conclusion rate, and after there were no significant differences between the groups. The patients’ and the rehabilitation teams’ assessment scores were highly correlated (r=0.49).   Conclusions. Previous sick leave was the most influential variable associated with sick leave conclusion. A computer- based assessment model gave more detailed information on sick leave conclusion than a manual model. A multidisciplinary intervention declined sick leave in a high-risk group for long-term sick leave but after intervention there was no difference between groups. Patients’ own view on sick leave conclusion was highly correlated to the assessment of professionals’.