Les maladies psychiatriques présentent de fortes comorbidités avec des désordres gastrointestinaux, ce qui suggère l’existence de bases physiopathologiques communes. Une littérature abondante démontre que l’adversité précoce (infection, stress) augmente la vulnérabilité aux désordres psychiatriques à l’âge adulte. Chez le rongeur, le modèle de séparation maternelle induit chez la descendance adulte des comportements hyperanxieux associés à une hypersensibilité au stress, ainsi que des dysfonctionnements de la sphère gastrointestinale. De plus, des études récentes rapportent une hyperperméabilité de la barrière intestinale chez les ratons soumis au stress de séparation, un effet conduisant potentiellement à une dysbiose et une perturbation de la communication intestin-cerveau. Le but de ma thèse était donc d’étudier le rôle de l’axe intestin-cerveau dans la mise en place des effets à long terme du stress précoce. Nos travaux récents ont montré que certains effets à long-terme de la séparation maternelle peuvent être atténués par l’exposition des mères à un régime hyperlipidique. Dans un premier temps, nous avons testé les effets du régime hyperlipidique maternel sur le cerveau et l’intestin de ratons soumis à la séparation maternelle. Nos résultats montrent que le régime maternel hyperlipidique protège de l’augmentation de la permeabilité intestinale induite par le stress. Nous avons ensuite testé le rôle causal de la perméabilité intestinale sur les comportements émotionnels à travers une approche pharmacologique et une approche génétique. Nous rapportons 1) que la restauration de la fonction barrière de l’intestin atténue certains effets de la séparation maternelle et 2) qu’une hyperperméabilité intestinale chez des souris transgéniques non soumises à un stress produit des effets similaires à ceux de la séparation maternelle. Enfin, nous avons examiné les effets d’une adversité précoce multifactorielle sur le cerveau et l’intestin (perméabilité et microbiote) chez la descendance adulte mâle et femelle dans un modèle combinant infection prénatale et séparation maternelle. Nos résultats mettent en évidence un effet sexe très marqué sur les phénotypes comportements et intestinaux. D’autres études sont nécessaires pour identifier les mécanismes sous-tendant les effets de la perméabilité et la dysbiose intestinale sur la vulnérabilité émotionnelle associée au stress précoce. / Early-life adversity is a main risk factor for psychiatric disorders at adulthood; however the mechanisms underlying the programming effect of stress during development are still unknown. In rodents, chronic maternal separation has long lasting effects in adult offspring, including hyper-anxiety and hyper-responsiveness to a novel stress, along with gastrointestinal dysfunctions. Moreover, recent studies report gut barrier hyper-permeability in rat pups submitted to maternal separation, an effect that could potentially lead to dysbiosis and altered gut-brain communication. Therefore, the aim of my PhD was to unravel the role of the gut-brain axis in the neurobehavioral effects of early-life stress. We recently reported that some neural, behavioral and endocrine alterations associated with maternal separation in rats could be prevented by maternal exposure to a high-fat diet. We first addressed the effects of maternal high-fat diet on brain and gut during development in the maternal separation model. We show that maternal high-fat diet prevents the stress-induced decrease in spine density and altered dendritic morphology in the medial prefrontal cortex. Moreover, maternal high-fat diet also attenuates the exacerbated intestinal permeability associated with maternal separation. To explore a potential causal impact of gut leakiness on brain functions, we then examined the impact of pharmacological and genetic manipulations of intestinal permeability on brain and behavior. We report 1) that restoration of gut barrier function attenuates some of the behavioral alterations associated with maternal separation and 2) that chronic gut leakiness in naive adult transgenic mice recapitulates the effects of maternal separation. Finally, we examined the effects of multifactorial early-life adversity on behavior, gut function and microbiota composition in males and females using a combination of prenatal inflammation and maternal separation in mice. At adulthood, offspring exposed to early adversity displayed sex-specific behavioral (social behavior deficits in males and increased anxiety in females) and intestinal phenotypes. In conclusion, our work demonstrates an impact of gut dysfunctions, in particular gut leakiness, on the emergence of emotional alterations. Further studies are needed to unravel the role of the gut dysbiosis in the expression of the behavioral phenotypes associated with early-life adversity.

Le développement des méthodes de séquençage de nouvelle génération a permis d’approfondir les connaissances sur le rôle des communautés bactériennes commensales pour la santé de leur hôte, et l’impact négatif de la perturbation de leur équilibre. Les antibiotiques sont les principaux perturbateurs de cet équilibre, mais leur impact n’a pas été quantifié précisément.Nous avons quantifié la relation entre les concentrations fécales d’antibiotiques et la perturbation de la diversité bactérienne au sein du microbiote intestinal, et modélisé le lien entre la perte de diversité bactérienne et la probabilité de décès dans un modèle animal de colite à Clostridium difficile induite par les antibiotiques. Nous avons montré que l’indice de diversité de Shannon et la distance UniFac non pondérée étaient les indices de diversité qui étaient le plus prédictif du décès dans ce modèle d’infection.Chez des volontaires sains, nous avons développé un modèle mathématique semimécanistique de l’évolution de la diversité au sein du microbiote, mesurée par deux indices de diversité, après perturbation antibiotique, et quantifié la relation entre l’exposition individuelle plasmatique et fécale à un antibiotique, et son effet sur la perturbation de la diversité bactérienne au cours du temps. Nous avons également analysé le rôle de la voie d’élimination des antibiotiques pour la limitation de l’impact d’un antibiotique sur le microbiote. Ces travaux nous ont permis de montrer que le microbiote intestinal présente une grande sensibilité aux antibiotiques, et que la voie d’élimination ne semble de ce fait pas jouer un rôle prépondérant dans la perspective de limiter l’impact des antibiotiques sur le microbiote intestinal. / The development of next generation sequencing broadened our knowledge on the role of commensal bacterial communities on their host’s health, and the negative impact of their disruption. Antibiotics are the main disrupting factor, but their impact has not been precisely quantified.We quantified the relationship between antibiotic fecal concentrations and the loss of bacterial diversity in the intestinal microbiota, and modelled the link between the loss of diversity and mortality in a hamster model of antibiotic-induced Clostridium difficile infection. We showed that the Shannon diversity index and the unweighted UniFrac distance are the 2 indices that best predict mortality in this model. In healthy volunteers, we developed a semi-mechanistic model of the evolution over time of bacterial diversity – measured by two indices – after an antibiotic perturbation, and quantified the relationship between antibiotic concentrations in plasma and feces and the loss of bacterial diversity in the intestinal microbiota. We also analyzed the role of the antibiotic elimination pathway in the reduction of their impact on the microbiota. In this work, we showed that the intestinal microbiota is highly susceptible to antibiotics, and that the elimination route doesn’t have a major role, in the perspective of limiting antibiotics’ impact on the intestinal microbiota.

La nutrition postnatale précoce conditionne la santé du futur adulte du fait de son rôle déterminant dans l’implantation du microbiote intestinal et le développement de la physiologie de l’hôte. L’objectif de mon travail de thèse a été d’évaluer les conséquences de la réintroduction de matière grasse laitière associée ou non au probiotique Lactobacillus fermentum dans des préparations pour nourrissons, sur le microbiote, la physiologie intestinale et le métabolisme de l’adulte, en utilisant le miniporc Yucatan comme modèle de l’Homme. Nos travaux ont montré un renforcement des défenses non spécifiques intestinales chez le jeune et une amélioration des fonctions endocrine et immunitaire intestinales de l’adulte soumis à un régime hyper-énergétique, réduisant ainsi le risque de développer une inflammation et des désordres métaboliques. Ces effets ont été associés à une modification de la digestion des préparations chez le jeune et à une modulation de la composition et de l’activité métabolique du microbiote intestinal. Des effets spécifiques de la matière grasse laitière et de L. fermentum, et d’autres complémentaires, ont été observés, suggérant des mécanismes d’action différents. Les modifications induites par la composition des préparations pour nourrissons étaient site- et âge-spécifiques, le comportement du microbiote caecal se rapprochant du microbiote fécal. En conclusion, l’optimisation des préparations pour nourrissons pourrait passer par l’ajout de matière grasse laitière et du probiotique L. fermentum. / Early postnatal nutrition programs adult health owing to its crucial role in gut microbiota colonization and host physiology development. The objective of my thesis was to investigate the consequences of dairy lipid addition with or without probiotic Lactobacillus fermentum in infant formulas on adult gut microbiota, physiology and metabolism, using Yucatan minipig as a model for humans. We demonstrated increased non-specific intestinal defences in piglets and improved intestinal endocrine and immune functions in adults submitted to a high-energy diet, which may protect them from inflammation and metabolic disorders. These effects were associated in piglets to changes in digestion and gut microbiota composition and metabolism. We observed specific and complementary effects of dairy lipids and L. fermentum, suggesting different mechanisms of action. The infant formula composition had site- and age-specific effects, the caecal microbiota being closer to the faecal one. To conclude, the addition of dairy lipids and L. fermentum in infant formulas is an effective way to improve infant formulas.

Ce travail de thèse a pour but de modéliser la capacité de dégradation des polysaccharides non digestibles par le microbiote intestinal humain. Nous exploitons pour cela des données métagénomiques. Il s'agit de données d'abondances de séquences de nucléotides dans 1408 échantillons dont les fonctions métaboliques sont assignées par annotation contre une base de données. Les séquences sont annotées par des marqueurs fonctionnels. Après une étape de sélection manuelle de 86 marqueurs fonctionnels pertinents à l'activité de métabolisation des polysaccharides, nous étudions leurs variations d'abondances parmi les échantillons métagénomiques.Nous proposons une approche de modélisation écologique du microbiote intestinal humain et considérons principalement la sélection fonctionnelle intense de cet écosystème pour faire l'hypothèse que des regroupements identiques de fonctions métaboliques sont présents en proportions différentes dans tous les microbiotes intestinaux humains. Nous proposons le terme d'assemblage fonctionnel qui rend compte de la co-occurrence spatiale et temporelle d'un groupement de fonctions. Ces assemblages sont en pratiques déterminés par leur composition en marqueurs fonctionnels, et peuvent s'interpréter comme une combinaison de traits fonctionnels agrégés au niveau des microorganismes composant l'assemblage.Les assemblages fonctionnels sont inférés par le biais d'une factorisation en matrice positive aussi nommée NMF de l'anglais Non-Negative Matrix Factorisation. Cette méthode permet de déterminer les assemblages fonctionnels, à la fois concernant leur composition et à la fois concernant leur abondance dans chacun des 1408 échantillons. Nous exploitons par ailleurs une information métabolique provenant de 190 génomes microbiens et de la bibliographie qui permet de préciser la composition de ces assemblages fonctionnels. Cette information se traduit sous forme d'une contrainte.Nous trouvons 4 assemblages en considérant un consensus entre différents critères. L'utilisation de l'information métabolique nous permet d'interpréter biologiquement ces assemblages. Les métadonnées associées aux 1408 échantillons nous permettent d'observer un comportement différent pour les échantillons provenant d'individus atteints de la maladie de Crohn. Nous validons cette observation sur des données extérieures.Nous avons proposé une approche réductionniste permettant de représenter un processus métabolique important à l'échelle du microbiote. Nous trouvons un nombre réduit de 4 assemblages fonctionnels qui sont biologiquement vraisemblables et permettent de bien approcher les 1408 échantillons métagénomiques. / The purpose of this work of thesis is to model the capacity of degradation of non-digestible polysaccharides by the human intestinal microbiote. To this end we exploit metagenomic data. We use abundances of nucleotide sequences in 1408 samples whose metabolic function are assigned by annotation against a database. The sequences are annotated with functional markers. Upon manual selection of 86 functional markers relevant to the activity of metabolisation of polysaccharides, we their abundances variation among the metagenomic samples are studied.We propose an ecological approach in modeling the human intestinal microbiote. We consider the intense functional selection of this ecosystem and assume that identical cluster of metabolic functions can be found in different proportions in every human gut microbiota. We propose the term of functional assembly as to account for spacial and temporal co-occurence of functional cluster. In practice, theses assemblies are determined by their composition and can be interpreted as combinations of functional traits aggregated at the levels of the cluster of microorganisms composing each assembly. Functional assemblies are inferred by the means of Non-Negative Matrix Factorization (NMF). This method allows to determine the composition of functional assemblies and their abundance in each of the 1408 metagenomic sample.Furthermore, we exploit metabolic information from bibliographic resources and 190 microbial genomes in order to specify the composition of these functional assemblies. This information is translated in the form of a constraint.We find 4 assemblies by considering a consensus between various criteria. The use of metabolic information allow to interpret theses assemblies biologically. By exploiting the metadata of the 1408 samples, we observe a different behaviour for the samples coming from individuals suffering from Crohn disease. We validate this observation on external data.We proposed a reductionistic approach allowing to represent an important metabolic process at the level of the microbiota. We find a small number of 4 functional assemblies which are biologically likely and approach well the 1408 metagenomic samples.

Biomphalaria glabrata est un mollusque d’eau douce, vivant en Amérique latine. Ce planorbe est principalement connu pour être l’hôte intermédiaire de Schistosoma mansoni, vers plat parasite responsable de la bilharziose intestinale, seconde endémie parasitaire humaine mondiale derrière le paludisme.Dans ce contexte, il apparaît clairement qu’une meilleure compréhension de l’interaction entre le parasite et le mollusque, hôte intermédiaire, représente une voie de recherche prometteuse. La compréhension des interactions immunologiques entre l’escargot et le parasite ainsi que des mécanismes moléculaires par lesquels les deux partenaires interagissent apparaît comme un pré-requis à la découverte de nouvelles cibles ou de nouvelles stratégies afin de développer desmoyens de lutte contre le pathogène.Le projet de cette thèse s’inscrit dans cette optique et vise à une meilleure compréhension des interactions immunologiques entre le mollusque Biomphalaria glabrata et le trématode Schistosoma mansoni. Différents aspects de l’interaction entre B.glabrata et S.mansoni ont été explorés, des bases moléculaires et cellulaires à l’interaction tripartite entre l’immunité du mollusque, son microbiote et le pathogène. Dans un premier temps nous avons pu démontrer ungradient d’infectivité des parasites et de susceptibilité des mollusques de différents provenances géographiques. De plus, l’interaction immunologique entre le mollusque et le parasite est supportée par une adaptation locale, à l’échelle moléculaire. Nous avons également pu montrer qu’une opsonine, la BgTEP, jouait un rôle clé dans l’interaction entre B.glabrata et ses différents pathogènes. Enfin, l’existence d’une véritable interaction tripartite entre la réponse immunitaire du mollusque, son microbiote et son parasite a pu être mise en évidence. / Biomphalaria glabrata is tropical fresh water snail, living in Latin America. This planorbe is the intermediary host of Schistosoma mansoni, a trematode responsible for the intestinal Schistosomiasis, second worldwide human vector-borne disease after the malaria. In this context, a better comprehension of the parasite/snail interaction is necessary and appearsa promising research field. The understanding of immunological interaction between the host and the parasite and the molecular mechanisms used by the two partners appears like essential for the discovery of new targets and new strategies in order to develop means of struggle against the pathogen. The aim of this thesis is to better understand the immunological interactions between the B. glabrata snail and S. mansoni trematode. Different aspects of the interaction between the snail and the parasite have been explored, from molecular and cellular bases to the tripartite interaction between the snail immunity, its microbiota and the pathogen. In a first step we have been able to demonstrate a gradient of parasite infectivities and snail susceptibilities from different geographical origins. Moreover, the immunological interaction between B. glabrata and S. mansoni is supported by local adaptation, at the molecular level. We were also able to show than an opsonin, the BgTEP, plays a key role in the interaction between B. glabrata and its various pathogens. Finally, the existence of a true tripartite interaction between the snail immune response, its microbiota and its parasite could was demonstrated.

<p>Vitamin E is a natural lipophilic antioxidant contains eight structurally related forms, i.e., α-, β-, γ-, δ-tocopherols (αT, βT, γT, and δT) and corresponding tocotrienols. Recent research indicates that vitamin E forms are differentially metabolized to various carboxychromanols. Some these vitamin E metabolites have been shown to exhibit strong anti-inflammatory and anticancer effects, yet little is known about their bioavailability. Without this knowledge, it is impossible to assess the role of vitamin E metabolism in biological functions of vitamin E forms and their protective effects on chronic diseases. While αT and γT appear to improved gut health, the underlying mechanisms are not well understood. Furthermore, specific forms of vitamin E such as γT have been reported to have cancer-preventing effects, but their anticancer efficacy is relatively modest. For these reasons, this dissertation focused on the characterization of the pharmacokinetic formation of vitamin E metabolites after supplementation, and the investigation of the underlying mechanisms of the protective effect of vitamin E forms, αT and γT, on gut health, as well as anticancer efficacy of the combination of aspirin and γT on carcinogen-induced colon tumorigenesis.</p><p><br></p><p>The first project focuses on characterizing the pharmacokinetic formation of vitamin E metabolites after single dose supplementation of γ-tocopherol-rich mixed tocopherol (γTmT) and δ-tocotrienol (δTE). With our recently developed LC/MS/MS assay for quantifying vitamin E metabolites, we can simultaneously quantify the level of short-chain, long-chain, and sulfated carboxychromanols in plasma, urine, and fecal samples of supplemented animals. In this study, we investigated the pharmacokinetics including excretion of vitamin E forms and the formation of their metabolites after a single dose intragastric administration of tocopherols and tocotrienols in rats. We also measured vitamin E metabolites in the serum obtained from healthy humans after gT supplementation. In the plasma of rat, the pharmacokinetic profiles of γT and δTE are described as the following: γT, Cmax = 25.6 ± 9.1 μM, Tmax = 4 h; δTE, Cmax = 16.0 ± 2.3 μM, Tmax = 2 h. Sulfated CEHCs and sulfated 11’-COOHs were the predominant metabolites in the plasma of rat with Cmax of 0.4-0.5 μM (Tmax ~ 5-7 h) or ~0.3 μM (Tmax at 4.7 h), respectively. In 24-h urine, 2.7% of γT and 0.7% of dTE were excreted as conjugated CEHCs, the major identified urinary metabolites. In the feces, 17-45% of supplemented vitamers were excreted as un-metabolized forms and 4.9-9.2% as metabolites. The majority of metabolites excreted in feces were unconjugated carboxychromanols, among which 13’-COOHs constituted ~50% of total metabolites. Interestingly, 13’-COOHs derived from δTE were 2-fold higher than 13’-COOH from γT. Unlike rats, γ-CEHC is the predominant metabolites found in human plasma, although 11’-COOHs and 13’-COOHs (sulfated and unconjugated) were elevated by >20 folds responding to γT supplement. In this study, we found that tocopherols and tocotrienols, when taken as supplements, are mainly excreted as un-metabolized forms and long-chain carboxychromanols in feces. High fecal availability of 13’-COOHs may contribute to modulating effects on gut health.</p><p><br></p><p>The second project of my dissertation investigated the effect of vitamin E forms, αT and γT, on intestinal barrier function in a cellular model and a mouse colitis model. Inflammatory bowel diseases (IBD) are chronic idiopathic inflammatory conditions characterized by disruption of intestinal barrier integrity. Previous studies by others and us had demonstrated that vitamin E forms, αT and γT, can protect against chemical-induced colitis in animal models. However, the role of these vitamin E forms on intestinal barrier function has not been studied. Herein, we investigated the potential protective effects of vitamin E forms, αT and γT, on intestinal barrier function in a Caco-2 colon epithelial cell model and a dextran sodium sulfate (DSS)-induced colitis mouse model. In Caco-2 cells, pretreatment with 25mM αT and γT attenuated Caco-2 monolayer barrier dysfunction induced by 10 ng/mL TNF-α/IFN-γ, suggesting that these vitamin E forms protect intestinal barrier integrity in this cellular model. In male BALB/c mice, the supplementation of αT (0.05%) or γTmT (0.05%) when given 3 weeks before DSS treatment or at the same time as DSS treatment alleviated DSS-induced fecal bleeding and diarrhea symptoms in mice, and attenuated colon inflammation and colitis-associated damages. Additionally, αT and γTmT supplementation attenuated DSS-induced intestinal barrier dysfunction, as indicated by improving the level of occludin, a tight junction protein, in the colon and reducing lipopolysaccharide-binding protein (LBP) in the plasma. Furthermore, gut microbiota analysis demonstrated that αT and γTmT supplementation could modulate intestinal microbiome composition in mice with DSS treatment. DSS treatment reduced the relative abundance of Lachnospiraceae compared to healthy mice, and supplementation of αT and γT partially reversed this effect. Interestingly, the family Lachnospiraceae has been reported to decrease in IBD patients. Our study demonstrated the protective effects of vitamin E forms on intestinal barrier integrity in a cell-based model and a colitis model in mice. Furthermore, we demonstrated that these vitamin E forms caused favorable changes in the intestinal microbial population under colitis condition.</p><p><br></p><p>The third project of my dissertation evaluated the anticancer efficacy of the combination of aspirin and γT using an azoxymethane (AOM)-induced and colitis-promoted colon tumorigenesis mouse model. Extensive inflammation in the colon promotes the development of colorectal cancer (CRC). Eicosanoid production by pro-inflammatory enzymes, cyclooxygenases (COX-1 and COX-2) and 5-lipoxygenase (5-LOX) play a critical role in the initiation, progression, and invasion of CRC. Thus, nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs), such as aspirin, have been recommended for chemoprevention of CRC. However, long-term use of aspirin can cause many side effects, and the anticancer activity of aspirin is very modest. Previously, we have demonstrated that the combination of γT with aspirin prolonged the anti-inflammatory activity of aspirin and alleviated aspirin-associated adverse effects in a carrageenan-induced inflammation model in rats. Additionally, we found that the combination of γT and aspirin has stronger anticancer activity than aspirin or γT alone against HCT-116 human colorectal carcinoma cells. Therefore, we examined the anticancer effect of the combination of 0.025% aspirin and 0.05% γT against AOM-induced and DSS-promoted tumorigenesis in mice. In this study, we have found that the combination of aspirin and γT, but not aspirin or γT alone, suppressed colon tumorigenesis in mice, as indicated by 40% and 50% reduction in the multiplicity of total polyps (P < 0.05) and large adenomatous polyps (>2mm2, P < 0.05), respectively. More strikingly, the combination of aspirin and γT reduced the overall tumor area by 60% (P < 0.05). Noteworthy, the supplementation of γT also alleviated aspirin-induced stomach lesion and appeared to modulate intestinal microbial composition. Our study demonstrated that the combination of aspirin and γT has stronger anticancer activity than aspirin or γT alone while alleviates aspirin-associated adverse effect, suggesting that the combination of γT and aspirin is a more effective and safer chemopreventive agent for CRC than aspirin alone.</p>

Un des enjeux majeurs dans la gestion de la plaie de pied diabétique est l’obtention d’informations permettant d’anticiper l’évolution de ces infections. Actuellement, il n’existe pas d’outils suffisamment efficaces qui permettent de distinguer une plaie colonisée d’une plaie infectée. L’approche proposée est basée sur discrimination de plusieurs bactéries fréquemment retrouvées dans les plaies chroniques de pied diabétique à partir de leur profil métabolique, et plus particulièrement des métabolites volatils qu’elles produisent. En effet, le dynamisme du métabolisme bactérien serait à même de mettre en évidence les changements qui s’opèrent dans la plaie. Dans un premier temps, une nouvelle méthodologie de concentration des métabolites volatils par Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) a été développée. Elle est basée sur l’utilisation de barreaux qui sont placés à la fois dans le milieu de culture et en espace de tête, suivie d’une analyse par GC-MS. La méthode a ensuite été comparée avec une autre méthode de concentration utilisant des fibres (la SPME) et a montré une meilleure capacité de concentration, permettant ainsi une détection plus sensible. Cette méthodologie a ensuite été utilisée pour suivre la production métabolique de six souches bactériennes cultivées dans des conditions mimant la plaie chronique. Grâce à leur profil métabolique, il a été possible de distinguer des espèces bactériennes. De plus, de manière plus surprenante, il a été possible de distinguer deux souches de Staphylococcus aureus présentant des profils de virulence différents. Enfin, une étude en co-culture a mis en évidence que 83% des métabolites produit en culture simple étaient retrouvés, prouvant l’intérêt de la méthodologie pour distinguer des souches bactériennes d’une même espèce au sein d’une plaie. / One of the major challenges in the management of diabetic foot wounds is to obtain information to anticipate the evolution of these infections. Currently, there are no sufficiently effective tools to distinguish a colonized wound to an infected wound. The proposed approach is based on the discrimination of several bacteria frequently found in chronic diabetic foot wounds from their metabolic profile, and more specifically the volatile metabolites they produce. Indeed, the dynamism of bacterial metabolism would be able to highlight the changes that are occurring in the wound. First, a new methodology for the concentration of volatile metabolites by Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) was developed. It is based on the use of stir bars that are placed both in the culture medium and in headspace, followed by GC-MS analysis. The method was then compared with another concentration method using the fibres (SPME) and we highlighted a better concentration capacity with a more sensitive detection. This methodology was then used to monitor the metabolic production of six bacterial strains grown under conditions mimicking the chronic wound. Their metabolic profile allowed us to distinguish bacterial species. Moreover, more surprisingly, it was possible to distinguish two strains of Staphylococcus aureus with different virulence profiles. Finally, a co-culture was performed and we showed that 83% of the metabolites produced in simple culture were found, proving the interest of the methodology to distinguish bacterial strains of the same species within a wound.

L'établissement d'un répertoire exhaustif ainsi que son élargissement constituent les deux objectifs principaux de ce travail. Nous avons d'abord établi la toute première liste de bactéries identifiées par culture des voies respiratoires au travers de la littérature scientifique. Nous répertorions ici 756 espèces, ce qui représente 27,23% de l'ensemble des bactéries isolées chez l'homme lorsque comparé au répertoire établi récemment par Bilen et al. Parmi ces bactéries, 514 avaient déjà été isolées au moins une fois dans les poumons. Plus de la moitié (i.e., 65,5%) des bactéries isolées pour la première fois dans des échantillons de poumons, ont été identifiées après les années 2000, soulignant la nécessité de poursuivre les efforts pour cultiver des microbes à partir des échantillons de voies respiratoires. Nous pensons que la combinaison de méthodes de culture à grande échelle telles que la culturomique et la métagénomique aidera à mieux décrire le microbiote pulmonaire. Des études antérieures sur le microbiote digestif le démontre. Nous avons ensuite utilisé des approches culturomiques et métagénomiques pour explorer le microbiote respiratoire d'individus sains. Nous avons isolé 193 bactéries par culturomics. Parmi ceux-ci, nous avons ajouté 84 au répertoire du microbiote respiratoire, dont 14 nouvelles espèces. En utilisant des approches métagénomiques, 139 OTU identifiées au rang de l'espèce dont seulement 49 (17,3%) étaient également retrouvées par culturomique, confortant la complémentarité des deux approches. Enfin, nous avons utilisé la taxonogénomique, une nouvelle approche permettant la description de nouvelles espèces bactériennes, pour décrire 19 bactéries. / The establishment of a comprehensive directory and its expansion through the use of high-speed culture methods are the two main objectives of this thesis work. We first established the first list of bacteria identified by airway culture through the scientific literature. Here we list 756 species, representing 27.23% of all bacteria isolated from humans when compared to the recently established repertoire of Bilen et al. Of these bacteria, 514 had already been isolated at least once in the lungs. Considering bacteria isolated for the first time in lung samples, more than half (ie, 65.5%) were identified after the 2000s, highlighting the need for continued efforts to grow microbes from lane samples respiratory. We believe that the combination of large scale culture methods such as culturomics and metagenomics will help to better describe the pulmonary microbiota. Previous studies on the digestive microbiota have shown the complementarity of these two approaches. We then used culturomic and metagenomic approaches to explore the respiratory microbiota of healthy individuals. We isolated 193 bacteria by culturomics. Of these, we added 84 bacteria to the repertoire of the respiratory microbiota, including 14 new species discovered. Using metagenomic approaches, 139 OTUs identified with the rank of the species of which only 49 (17.3%) were also recovered by culturomics, reinforcing the complementarity of the two approaches. Finally, we used taxonogenomics, a new approach for describing new bacterial species by integrating genomic and proteomic data with those that are classically integrated. Using this approach, 19 bacteria were described as part of this work.

Résumé confidentiel. / Confidential summary.

Background: A variety of microbial communities exist throughout the human and animal body. Genetics, environmental factors and long-term dietary habit contribute to shaping the composition of the gut microbiota. For this reason the study of the gut microbiota of a mammal exhibiting an extraordinary life span is of great importance. The naked mole-rat (Heterocephalus glaber) is a eusocial mammal known for its longevity and cancer resistance. Methods: Here we analyzed its gut microbiota by cultivating the bacteria under aerobic and anaerobic conditions and identifying their species by mass spectrometry. Results: Altogether, 29 species of microbes were identified, predominantly belonging to Firmicutes, and Bacteroidetes. The most frequent species were Bacillus megaterium (45.2 %), followed by Bacteroides thetaiotaomicron (19.4 %), Bacteroides ovatus, Staphylococcus sciuri and Paenibacillus spp., each with a frequency of 16.1 %. Conclusion: Overall, the gut of the naked mole-rat is colonized by diverse, but low numbers of cultivable microbes compared with humans and mice. The primary food plants of the rodents are rich in polyphenols and related compounds, possessing anti-microbial, anti-inflammatory, anti-oxidative as well as anti-cancer activity which may contribute to their exceptionally healthy life.