Le microbiote intestinal humain est un important réservoir de gènes de résistance aux antibiotiques qui demeure toutefois méconnu. Dans cette étude, nous avons exploré les gènes de résistance du microbiote intestinal de participants sains avant et après une exposition à l’antibiotique cefprozil. Trois approches ont été utilisées pour caractériser ces gènes et examiner leur altération par les antimicrobiens : la métagénomique, la culturomique et la sélectomique recombinante. Le séquençage métagénomique et la culturomique ont permis d’identifier plusieurs gènes de résistance aux β-lactamines et à d’autres antibiotiques. Cependant, la culturomique a permis d’identifier ces gènes chez un plus grand nombre de participants. La culturomique a mis en évidence la présence de gènes de résistance à la vancomycine de type vanD dans les microbiotes de 46% des participants comparativement à 8% avec le séquençage métagénomique. La culturomique a aussi montré que l’exposition in vitro et in vivo à une β-lactamine stimule l’émergence des gènes vanD. La sélectomique recombinante, qui repose sur la construction de banques d’expression à partir de l’ADN des bactéries, a été utilisée pour caractériser de manière fonctionnelle les gènes de résistance aux β-lactamines chez les bactéries cultivables de l’intestin. Elle a permis d’identifier et caractériser cinq β-lactamases différentes dont deux montrant une activité à spectre étendu. La majorité des gènes de β-lactamases étaient associés à d’autres gènes de résistance et/ou des éléments mobiles. Ces travaux ont montré que la culture favorise l’identification de gènes non détectés par le séquençage métagénomique et que la sélectomique recombinante est un outil puissant pour caractériser les fonctions des gènes. Cette étude a aussi révélé que la prise d’une β-lactamine communément utilisée peut influencer l’abondance des bactéries qui contiennent des gènes de résistance à un antibiotique d’une autre classe, comme la vancomycine, un antibiotique de dernier recours dans l’arsenal des antimicrobiens. / The human intestinal microbiota is an important and poorly known antibiotic resistance genes reservoir. In this study, we explored resistance genes from the microbiota of healthy volunteers before and after exposure to the β-lactam cefprozil antibiotic. Three approaches were used to characterise resistance genes in the human microbiota and examine alteration by antimicrobials: metagenomics, culturomics and recombinant selectomics. Metagenomic and culturomic sequencing of intestinal microbiota enabled identification of several genes for resistance to β-lactams and other antibiotics. However, culturomics allowed identification of these genes in more participants than metagenomics. Culturomics highlighted the presence of the clinically important vancomycin resistance vanD-like genes in the microbiota of about 46% of participants compared to 8% with metagenomics. Culturomics also showed that in vitro and in vivo β-lactams exposition stimulates the emergence of vanD genes. Recombinant selectomics, which is based on the construction of expression libraries made with bacterial DNA, was also used to functionally characterise β-lactam resistance genes from the cultivable intestinal bacteria. It allowed identification and characterisation of five different β-lactamases including two with an extended-spectrum activity. The majority of β-lactamases genes was associated with other resistance genes and/or mobile elements. This study demonstrated that culture favors the identification of genes undetected by direct metagenomic sequencing and selectomics was a powerful tool to characterise gene functions. It also demonstrated that intake of a commonly used antibiotic of the β-lactam family can influence the abundance of bacteria containing resistance genes to an antibiotic from another class, such as vancomycin, which is a last resort antibiotic.

La flore intestinale, composée de l’ensemble des microorganismes retrouvés dans le tractus digestif, joue un rôle essentiel dans le développement et l’homéostasie du système immunitaire. Son altération est associée à de multiples maladies inflammatoires ayant des répercussions non seulement à l’intestin, mais bien dans l’ensemble de l’organisme. Les causes de cette dérégulation restent toutefois méconnues. Parmi les multiples facteurs susceptibles de moduler sa composition, on retrouve plusieurs enzymes bactéricides produites à l’intestin. L’une de ces protéines, la phospholipase A2-IIA sécrétée (sPLA2-IIA), est fortement surexprimée en condition inflammatoire. Nous avons émis l’hypothèse que la surexpression de la sPLA2-IIA à l’intestin au cours de maladies inflammatoires pourrait altérer la composition de la flore intestinale, contribuant ainsi à la physiopathologie de ces maladies. L’utilisation de souris surexprimant la sPLA2-IIA humaine (sPLA2-IIATGN) nous a permis d’observer l’apparition spontanée d’un désordre immunitaire encore jamais caractérisé dans ce modèle. En nous intéressant à l’impact de cette enzyme sur la flore intestinale, nous avons pu identifier plusieurs altérations dans le microbiome de ces souris. Nos résultats suggèrent également que l’environnement, et plus spécifiquement le microbiote intestinal, joue un important rôle dans le développement de ce désordre immunitaire. Nos résultats suggèrent que la modulation de l’inflammation systémique par la sPLA2-IIA est dépendante de la flore intestinale. / The mammalian digestive tract harbors trillions of microorganisms that collectively form the intestinal microbiota. This flora has been shown to play a prominent role in the development and homeostasis of the immune system. As such, its alteration was associated with a wide array of inflammatory diseases with intestinal and systemic afflictions. However, the cause of this unbalance remains poorly understood. While the intestinal flora may be regulated by a large number of environmental factors, multiple endogenous intestinal enzymes have been shown or proposed to play an important part in the shaping of its composition. One of those enzymes, the secreted phospholipase A2-IIA (sPLA2-IIA), possesses great bactericidal properties and is overexpressed during multiple inflammatory disorders. We hypothesized that the overexpression of sPLA2-IIA in the intestine during inflammatory processes could alter the composition of the intestinal microbiota, thereby contributing to the pathophysiology of those diseases. To verify this hypothesis, we used transgenic mice overexpressing the human sPLA2- IIA (sPLA2-IIATGN) and observed a yet uncharacterized spontaneous immune disorder in this model. We aimed to evaluate the impact of sPLA2-IIA on the intestinal flora in this model. We identified multiple alterations in the microbiome of sPLA2-IIATGN mice. Our results also suggest that the environment, and more specifically the intestinal microbiota, play a prominent role in the development of this immune disorder. Our results suggest that the modulation of systemic inflammation by sPLA2-IIA is dependent upon the intestinal flora.

Le développement de l'obésité et des complications associées sont intimement liés à la composition du microbiote intestinal. En plus des études chez l'humain, plusieurs modèles animaux sont utilisés pour comprendre la dynamique et l'impact des organismes qui habitent notre intestin, dont le plus utilisé est le rongeur. Récemment, d'autres modèles animaux plus simples s'imposent dans l'étude du microbiote intestinal, comme le poisson-zèbre. L'étude proposée dans ce mémoire avait pour but de reproduire et d'optimiser une diète induisant l'obésité chez la larve de poisson-zèbre, ainsi que d'observer l'effet d'une diète riche en sucre et en gras sur la monocolonisation de l'intestin de la larve par la bactérie Escherichia coli isolé d'un enfant danois dans laquelle a été inséré un plasmide portant un gène codant pour la protéine fluorescente mCherry2. Les résultats démontrent qu'il est possible d'induire un développement similaire à de l'obésité chez la larve. Les critères utilisés (longueur, largeur, ratio largeur/longueur et aire) sont augmentés chez les larves ayant reçu la diète riche en sucre et en gras. De plus, les larves ayant reçu cette même diète présentent une colonisation bactérienne plus importante de leur intestin lors de l'observation en microscopie, mais ce résultat reste toutefois à confirmer par dénombrement bactérien.

Les bactériocines sont des composés de nature protéique dotés d'une activité antimicrobienne dirigée contre des bactéries phylogénétiquement proches de la souche productrice. Récemment, la production de bactériocines a été évoquée comme un mécanisme d'action important impliqué dans l'activité antimicrobienne des probiotiques au niveau gastro-intestinal. Ce projet de recherche avait pour objectif d’évaluer la capacité de certaines bactéries lactiques bactériocinogènes à produire leur bactériocine dans les conditions physiologique et microbiologique du tractus digestif. Trois souches bactériocinogènes, à savoir Lactococcus lactis biovar diacetylactis UL719 (productrice de nisine Z), Pediococcus acidilactici UL5 (productrice de pédiocine PA-1) et L. lactis ATCC 11454 (productrice de nisine A) ont été utilisées comme modèle lors de ces travaux de thèse. Des expériences menées dans le simulateur de tractus digestif TIM-1 ont montré que P. acidilactici avait un taux de survie de 17 % aux stress rencontrés au niveau de l’estomac et de l’intestin grêle. Le transit dans la partie proximale du système digestif a eu peu d’effet sur l’activité inhibitrice de cette souche. Une légère surexpression des gènes de production de la bactériocine a même été observée à la sortie l’iléon. Contrairement à P. acidilactici UL5, L. lactis ATCC 11454 était moins résistante au stress digestif, avec un taux de survie inférieur à 1 %. Par ailleurs, les trois souches bactériocinogènes étudiées se sont révélées capables de croitre et de produire leur bactériocine dans un milieu de culture simulant le milieu colique. Dans le cas de P. acidilactici, nous avons démontré une inhibition significative de Listeria directement corrélée avec la production de pédiocine puisqu’aucune inhibition n’a été observée avec un mutant non producteur. Enfin, nous avons étudié la capacité de la souche P. acidilactici à survivre et à produire sa bactériocine au niveau iléaque de même que l’impact de cette activité inhibitrice sur l’équilibre du microbiote iléaque chez l’humain. Les analyses microbiologiques ont révélé que P. acidilactici survivait au transit bien qu’elle ne soit pas capable d’y croitre, probablement en raison d’un manque de compétitivité vis-à-vis du microbiote. Ces observations expliqueraient la faible activité inhibitrice de P. acidilactici contre L. monocytogenes que nous avons mesuré. / Bacteriocins are proteinaceous compound naturally produced by several bacterial strains with an inhibition activity directed against closely related bacteria. Recently, the production of bacteriocins was proposed as an important mechanism of action involved in the antimicrobial activity of probiotics in the gastrointestinal tract. This research aimed to evaluate the ability of some bacteriocin-producing lactic acid bacteria to produce their bacteriocins in the physiological and microbiological conditions of the digestive tract. Three strains, namely L. lactis biovar diacetylactis UL719 (producing nisin Z), P. acidilactici UL5 (producing pediocin PA- 1) and L. lactis ATCC 11454 (producing nisin A) were used as models throughout this thesis. Experiments performed with the TIM-1 digestive tract simulator have shown that P. acidilactici had a survival rate of 17 % in the stomach and small intestine. Passage in the proximal part of the digestive tract had little effect on the inhibitory activity of this strain. A slight over-expression of the genes encoding production of bacteriocin has been observed even at the end of the ileum. Unlike P. acidilactici UL5, L. lactis ATCC 11454 was less resistant to gastrointestinal stress, with a survival rate of less than 1 %. In addition, the three bacteriocin-producing strains considered in this study were proved able to grow and produce their bacteriocins in a culture medium simulating the colonic environment. In the case of P. acidilactici, we demonstrated significant inhibition of Listeria in the colonic medium and that this inhibition was directly correlated with the production of pediocin since no inhibition was observed with a non-producing mutant. Finally, we studied the ability of P. acidilactici to survive and produce its bacteriocin in the ileac conditions and the impact of this inhibitory activity on the balance of ileac microbiota of healthy humans. Microbiological analyzes revealed that P. acidilactici survived throughout the transit although it was not able to grow, probably due to a weak competitivity compared to the ileac microbiota. These observations may explain the low inhibitory activity of P. acidilactici against L. monocytogenes that we measured.

Thèse de doctorat : SCIENCES MEDICALES : Metz : 1999. / 1999METZ031S. 962 ref.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2009. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La période des 1000 premiers jours de vie constitue une fenêtre de sensibilité au cours de laquelle l’environnement peut moduler le développement du foetus et du nourrisson, et conditionner la santé tout au long de la vie. Les conséquences à long terme de l’environnement périnatal sur le risque de maladies intestinales sont toutefois encore peu connues. L’objectif de ce travail était de montrer l’impact de l’environnement nutritionnel précoce sur la maturation intestinale et la santé intestinale à long terme.Un retard de croissance postnatal (RCPN) était induit chez la souris FVB/NRj par augmentation de la taille des portées. Le RCPN était responsable d’un retard de maturation de l’intestin chez la souris au sevrage, en particulier de la barrière intestinale, caractérisé par une augmentation de la perméabilité intestinale, concomitante d’une désorganisation des protéines des jonctions serrées. Le microbiote intestinal était moins riche en espèces bactériennes chez la souris au sevrage en cas de RCPN et sa composition était différente, avec en particulier une proportion anormalement élevée de Parabacteroides spp, Enterococcus spp, Erysipelatoclostridium spp, Eubacterium coprostanoligenes spp, Staphylococcus spp, et Escherichia-Shigella spp, et une plus faible proportion d’espèces productrices de butyrate. L’absence de barrière intestinale efficace et la dysbiose induites par le RCPN, étaient associées à une altération de la réponse inflammatoire de l’intestin à l’âge adulte, caractérisée par une augmentation des réponses immunitaires Th1, Th17 et Treg et une plus grande susceptibilité à la colite chimiquement induite.Ce travail démontre l’importance de l’environnement nutritionnel précoce dans la programmation de la santé intestinale au cours de la vie, et conforte l’hypothèse d’une origine développementale des maladies intestinales chroniques. / The first thousand days of life are a critical time for the development of both the fetus and the infant, and can modify the risk profile for diseases in later life. However, the longterm consequences of the perinatal environment on the susceptibility to intestinal disorders have not yet been assessed. The aim of the present study was to investigate the impact of the early nutritional environment on intestinal maturation and gut health in later life.Postnatal growth restriction (PNGR) was induced in FVB/NRj mice during the suckling period by adjusting the litter size. PNGR delayed intestinal maturation in pups at weaning. PNGR was associated with a maturation delay of the intestinal barrier, characterized by an increased intestinal permeability and impaired tight junctions. At the same time, PNGR affected gut bacterial colonization. Pups with PNGR harbored a decreased bacterial diversity, higher Parabacteroides spp, Enterococcus spp, Erysipelatoclostridium spp, Eubacterium coprostanoligenes spp, Staphylococcus spp, and Escherichia-Shigella spp, and lower butyrate producers. The lack of an efficient intestinal barrier and the dysbiosis induced by PNGR were associated with an altered intestinal inflammatory response in adult mice, characterized by an increase of Th1, Th17 and Treg immune responses, and a higher susceptibility to chemically induced colitis.Our data emphasize the importance of the early nutritional environment in programming of gut health in later life, and support the hypothesis of the developmental origin of chronic intestinal disorders.

L'endocannabinoïdome constitue un système biologique de large spectre, un acteur important dans le maintien des fonctions homéostatiques qui sont régulés par la diète et l'activité physique. Le microbiote intestinal réfère à la flore bactérienne résidant dans le tubegastro-intestinal, se modulant au gré des changements alimentaires et des stress physiques. La dynamique entre le microbiote intestinal - ou plus largement, le microbiome intestinal - et l'endocannabinoïdome prodigue des avenues intéressantes quant à la promotion d’un mode de vie sain et actif ainsi qu'à l'optimisation de la performance. Dans le cadre de l'étude pilote "Diet influences immediate endocannabinoidome mediators response to exercise in active women" réalisée auprès de dix femmes de 19-32 ans très actives, la réponse directe de certains membres de l'endocannabinoïdome à la suite d'un effort maximal de course corrobore les données répertoriées à cet effet. En contexte de sept jours d'alimentation méditérranéenne contrôlée, ces mêmes métabolites périphériques ont augmenté plus fortement qu'avec la diète occidentale. L'effet de l’intervention nutritionnelle a été mineur sur les familles microbiennes des participantes de cette cohorte. Dans le cadre de l'étude pilote "Diet influences immediate endocannabinoidome mediatorsresponse to exercise in active women" réalisée auprès de dix femmes de 19-32 ans très actives, la réponse directe de certains membres de l'endocannabinoïdome à la suite d'un effort maximal de course corrobore les données répertoriées à cet effet. En contexte de sept jours d'alimentation méditérrannéenne contrôlée, ces mêmes métabolites périphériques ont augmenté plus fortement qu'avec la diète occidentale. L'effet de l’intervention nutritionnelle a été mineur sur les familles microbiennes des participantes de cette cohorte. L'effet de l'activité physique sur l'endocannabinoïdome et le microbiome intestinal transparaît dans le cerveau. La revue de la littérature "Neurobiological processes induced byaerobic exercise through the endocannabinoidome" vise justement l'approfondissement des mécanismes endocannabinoïdes inhérents à la cognition, l'humeur, la neuroinflammation et la douleur en relation avec l'exercice physique. L'exacerbation ou le contrôle de conditions neuropsychologiques à travers les processus de l'endocannabinoïdome et autres médiateurs neuroactifs adjacents est aussi abordé. Ces manuscrits s'inscrivent dans une lignée limitée d'études adressant la synergie de l'endocannabinoïdome et du microbiome intestinal dans la santé métabolique et mentale et par extension, dans la performance. Ce mémoire rassemble les études à ce sujet en plus de suggérer des moyens d'ajuster plus judicieusement l'activité physique et la diète en respect de l'axe microbiome intestinal-endocannabinoïdome. / The endocannabinoidome is a broad-spectrum biological system, an important actor in the maintenance of homeostatic functions that are regulated by diet and physical activity. The gut microbiota refers to the bacterial flora residing in the gastrointestinal tract, modulated with dietary changes and physical stress. The dynamics between the gut microbiota - or more broadly, the gut microbiome - and the endocannabinoidome offer interesting paths in the promotion of a healthy and active lifestyle as well as in the optimization of performance. As part of the pilot study "Diet influences the immediate response of endocannabinoid mediators to exercise in active women" carried out with ten very active women of 19-32 years of age, the direct response of some members of the endocannabinoidome as a result of maximum course effort corroborates prior data in the domain. In the context of a seven-day controlled Mediterranean diet, these same metabolites increased more strongly than with the Western diet. The effect of the nutritional intervention was minor on the microbial families of the participants of this cohort. The effect of physical activity on the endocannabinoidome and the gut microbiome is reflected in the brain. The literature review "Neurobiological processes induced by aerobic exercise through endocannabinoidome" aimed to deepen the endocannabinoid mechanisms inherent in cognition, mood, neuroinflammation and pain relatively to physical exercise. The exacerbation or control of neuropsychological conditions through the processes of endocannabinoidome and other adjacent neuroactive mediators was also discussed. These manuscripts are part of a limited line of studies addressing the synergy of the endocannabinoidome and gut microbiome in metabolic and mental health and by extension, in performance. This thesis brings together studies on this subject in addition to suggesting more ways to judiciously adjust physical activity and diet while respecting the gut microbiome-endocannabinoidome axis.

Titre de l'écran-titre (visionné le 6 septembre 2023) / L'étude du microbiome intestinal est un champ de recherche scientifique qui s'applique à identifier la composition et les fonctions des micro-organismes qui résident dans l'intestin. Dans ce mémoire, je propose d'étudier la démarche des scientifiques d'un projet de la stratégie de recherche Sentinelle Nord de l'Université Laval. En particulier, je me concentre sur le projet 3.6 qui a pour but de comprendre la relation entre microbiome intestinal et santé mentale dans le contexte de la recherche en collaboration avec les communautés inuit du Nunavik. Mon projet s'articule autour de l'approche des systèmes expérimentaux (Rheinberger 1997) qui vient circonscrire mon étude dans l'exploration des pratiques expérimentales employées par les scientifiques du projet 3.6 pour produire des connaissances qui lie microbiome, santé mentale et environnement en cadrant les Inuit du Nunavik comme une « biologie locale » (Lock 1993). J'ai procédé à une collecte de données qualitatives à l'aide de l'analyse de la littérature scientifique pertinente pour cette recherche, d'entretiens semi-dirigés avec les scientifiques du projet 3.6, et de périodes d'observation des pratiques pendant les réunions de l'équipe et à l'intérieur des laboratoires. Dans mon analyse, j'avance que 1) le projet 3.6 s'est développé à partir des recherches sur la santé des Inuit du Nunavik qui ont cours depuis les années 1980 et autour de pratiques de collaboration avec les communautés inuit qui impacte la manière dont les connaissances sont produites; 2) que le microbiome est compris dans cette recherche comme un médiateur entre l'environnement et la santé mentale, ce qui incite les scientifiques à penser le « microbiome inuit » en relation intrinsèque avec le contexte et le mode de vie nordique; et 3) que la recherche 3.6 est orientée non pas seulement vers l'identification de facteurs de risque, mais aussi de « biomarqueurs de résilience » dans le microbiome intestinal des Inuit du Nunavik et dans l'environnement nordique. Ultimement, je propose que ces « biomarqueurs de résilience » puissent s'inscrire dans une « économie politique de l'espoir » pour les communautés inuit du Nunavik. / The study of the gut microbiome is a scientific field of research focused on identifying the composition and functions of micro-organisms living in the intestines. In this Master's thesis, I examine the activities of scientists working on a project affiliated with Sentinel North strategy's of researches at Laval University. Specifically, I explore the work of scientists working on subproject 3.6, whose objective is to understand, in collaboration with the Nunavik Inuit communities in the northern region of Québec, the relation between the gut microbiome and mental health. My project is grounded in an exploration of experimental systems (Rheinberger 1997), an approach that focuses on the experimental practices used by scientists, and particularly those of project 3.6, to produce knowledge that links the microbiome, mental health, and the environment by framing the Inuit of Nunavik as a "local biology" (Lock 1993). I drew on qualitative methods including analysis of scientific literature relevant to the project 3.6, interviews with Sentinel North' scientists, and observations of their practices during meeting and in laboratory settings. In this text, I propose that 1) project 3.6 was shaped by research on Nunavik Inuit Health carried out since the 1980 as well as by practices of collaboration with the Inuit communities, which have an impact on how knowledge is produced; 2) the microbiome is framed in this research as a mediator between environment and mental health, which reflects scientists understanding of the "Inuit microbiome" as intrinsically linked to the Nordic context and lifestyle; and 3) that project 3.6 is less oriented toward identification of health risks and more toward "biomarkers of resilience" inside the gut microbiome of Inuit people and the Nordic environment. Ultimately, I propose that those "biomarker of resilience" could be seen as inscribed in a "political economy of hope" in the context of Inuit communities of Nunavik.