Le Virus Respiratoire Syncytial (VRS) est responsable de 70 % des cas de bronchiolite chez les enfants de moins de cinq ans. La survenue de bronchiolites sévères chez le nourrisson est un facteur de risque de développement d’asthme en grandissant. Aucun vaccin contre le VRS n’est disponible chez l’Homme. Le système immunitaire inné est la première ligne de défense de l’organisme contre les infections. De plus, en interaction avec la flore bactérienne commensale des poumons, l’immunité innée participe à la maturation de la réponse immunitaire adaptative qui confère à l’individu une protection sur le long terme vis-à-vis des pathogènes. Afin d’expliquer la susceptibilité néonatale au VRS, nous avons caractérisé un nouveau mécanisme de contrôle de la réponse innée antivirale lors de l’infection de souriceaux. Nous avons également testé une nouvelle approche de modulation de la réponse immunitaire au VRS par le microbiote pulmonaire. Ainsi, mieux comprendre les mécanismes immunologiques et virologiques responsables de bronchiolites sévères en période néonatale permettra de développer des moyens de lutte sûrs et efficaces contre l’infection par le VRS. / Respiratory Syncytial Virus (RSV) is responsible for 70 % of bronchiolitis in children under five years old. Severe bronchiolitis in infants is a risk factor for asthma development. No vaccine against RSV is available in humans. The innate immune system is the first line of defense against infections. Moreover, in interaction with lung microbiota, innate immunity shapes adaptive immune response responsible for long-term protection against pathogens. To explain the susceptibility of young children to RSV, we characterized a novel regulatory mechanism of the innate antiviral response during neonatal RSV infection in the murine model. We also tested a new approach for modulating immune responses to RSV by the pulmonary microbiota. Thus, a better understanding of immunological and virological mechanisms responsible for severe bronchiolitis during the neonatal period will allow the development of safe and effective therapeutic strategies against RSV infection.

La réduction du taux de cholestérol (CH) sanguin est un point clé dans la lutte contre les maladies cardiovasculaires. L’efficacité contrastée des médicaments disponibles actuellement ainsi que l’intérêt porté autour du microbiote intestinal dans la régulation de la physiologie de l’hôte nous amènent à envisager cette voie comme alternative thérapeutique. La production de coprostanol (CO), dérivé très peu absorbé du CH, par des bactéries de ce microbiote a été corrélée positivement à une faible cholestérolémie. Les objectifs de cette thèse sont i) d’isoler et d’identifier de nouvelles souches bactériennes ayant cette activité, ii) d’identifier les gènes bactériens responsables de cette transformation et iii) de détereminer l’impact de ce métabolisme sur la physiologie de l’hôte. Nous avons isolé 22 nouvelles souches productrices de CO à partir des selles d’un individu en produisant beaucoup. Nous avons choisi les souches Bacteroides sp. D8 et Bacteroides sp. BV pour la construction de deux banques génomiques et huit autres pour des essais d’implantation in vivo dans le tractus gastro-intestinal (TGI) de souris axéniques. Nous avons identifié 55 clones potentiellement positifs par le criblage fonctionnel des banques génomiques. Leurs analyses supplémentaires devraient nous apporter des informations sur les gènes impliqués dans cette activité. Toutes les bactéries sélectionnées sont capables de coloniser le TGI de la souris axénique. La souche Parabacteroides distasonis est la meilleure souche productrice de CO in vivo. Nous avons testé son effet sur la cholestéolémie chez des souris axéniques soumises à un régime riche en CH sur 11 semaines en comparaison avec une souche non productrice in vitro, B. dorei, et avec des souris conventionnalisées comme contrôle. La souche B. dorei produit du CO in vivo, soulignant l’importance de l’environnement dans l’activité de production de CO déjà supposée d’après la littérature et nos résultats in vitro. Des gènes impliqués dans l’excrétion du CH de l’organisme vers les selles sont surexprimés chez ces souris et celles colonisées avec P. distasonis. Cependant seules ces dernières présentent une cholestérolémie plus faible que les souris conventionnalisées. Le mécanisme impliqué semble indépendant de la production de CO et de l’excrétion de CH car les mêmes quantités de ces composés sont retrouvées dans les selles indépendamment du statut bactérien. Les concentrations en acides biliaires totaux dans la bile et dans les selles sont supérieures pour les souris monocolonisées comparées au conventionnalisées. Les selles des souris colonisées avec P. distasonis présentent plus d’acides urso- et chénodésoxycholiques que les souris conventionnalisées et plus d’acide cholique que les souris colonisées avec B. dorei. En conclusion, nous avons isolé de nouvelles souches et identifier des clones potentiellement positifs. Les études in vivo tendent à montrer que l’activité de production de coprostanol n’a pas d’effet sur la cholestérolémie. En revanche, la souche P. distasonis semble diminuer la cholestérolémie par un mécanisme encore inconnu. / Cholesterol (CH) level management is a keystone to limit cardiovascular diseases. The contrasted efficiency of the drugs currently available as well as the interest around the intestinal microbiota in regulating the host physiology lead us to consider this pathway as a therapeutic alternative. The production of coprostanol (CO), a very poorly absorbed CH derivative, by bacteria of this microbiota has been positively correlated with low CH plasma level. The aims of this thesis are (i) isolate and identify new bacterial strains possessing this activity, (ii) identify the bacterial genes responsible for this transformation and (iii) determine the impact of this metabolism on host physiology. We isolated 22 new strains producing CO from the stools of a high-coprostanol producing individual. We chose Bacteroides sp. D8 and Bacteroides sp. BV for the construction of two genomic libraries and eight others for in vivo implantation tests in the gastrointestinal tract (GIT) of germ-free mice. We identified 55 potentially positive clones by functional screening of these genomic libraries. Their additional analyzes should provide us with information about the genes involved in this activity. All selected bacteria are capable of colonizing the GIT of germ-free mice. Parabacteroides distasonis is the best strain producing CO in vivo. We tested its effect on blood cholesterol level in germ-free mice subjected to an 11-week CH-rich diet compared to an in vitro non-producing strain, B. dorei, and with conventionalized mice as control. The B. dorei strain produces CO in vivo, emphasizing the importance of the environment in the CO production activity already assumed from the literature and our results in vitro. Genes involved in the excretion of CH from body to feces are overexpressed in these mice and those colonized with P. distasonis. However, only the latter have lower cholesterolemia than conventional mice. The mechanism involved appears to be independent of CO production and CH excretion because the same amounts of these compounds are found in feces independently of bacterial status. Total biliary acids concentrations in bile and feces are higher for monocolonized mice compared to conventionalized mice. The feces of mice colonized with P. distasonis exhibited more urso- and chenodeoxycholic acids than conventionalized mice and more cholic acid than mice colonized with B. dorei. In conclusion, we have isolated new strains and identified potentially positive clones. In vivo studies tend to show that coprostanol production activity has no effect on plasma cholesterol. In contrast, P. distasonis seems to decrease plasma cholesterol by a still unknown mechanism.

Au cours des dernières décennies, le régime alimentaire a subi une transition sans précédent, avec une augmentation de la consommation de protéines, de lipides et de glucides simples, et la diminution des apports en fibres. Par ailleurs, au-delà de la composition, la structure des aliments joue un rôle essentiel sur les cinétiques de digestibilité et la biodisponibilité des nutriments, modulant ainsi leur accessibilité pour microbiote dans le côlon. L’impact de la structure d’une matrice alimentaire complexe, formée de protéines et de lipides, sur le microbiote a été analysé de façon intégrée et a montré in vivo que la structure seule, dans le contexte d’un régime équilibré, pouvait altérer la composition du microbiote dans les zones distales et proximales que sont l’iléon et le cæcum. L’émulsion de protéines natives en phase liquide continue avec de fines gouttelettes protéolipidiques a arboré des protéines moins digestibles que l’émulsion de protéines dénaturées, en phase gélifiée, solide, avec de grandes gouttelettes. D’autre part, les lipides de l’émulsion solide étaient, à l’inverse, moins digestibles. Les protéines non digérées de l’émulsion liquide ont favorisé in vivo, les communautés de Lactobacillus et de Copprococcus tout en activant plus fortement les métabolismes de protéolyse. Inversement, les communautés de Bifidobacterium et d’Akkermansia muciniphila ont vu leurs abondances augmenter chez les rats consommant l’émulsion solide. Le deuxième objectif de ce travail de thèse a alors été d'analyser la capacité d'espèces prévalentes du microbiote intestinal humain à métaboliser des protéines non digérées. Nous avons montré, par le suivi des cinétiques de croissance et des productions de métabolites spécifiques, que les protéines du lait étaient une source d'énergie pour B. caccae, P. distasonis, B. longum et B. cocccoides en milieu pauvre ainsi qu'en milieu riche. Dans ces mêmes conditions, le transcriptome de B. caccae a montré la sur-expression de gènes codant pour des peptidases de specifités différentes, pour la production d'indoles, de GABA et de fimbriae. Ces travaux apportent des informations nouvelles sur l'impact de la structure sur l'écosystème digestif, et ouvre des portes pour le développement de nouveaux aliments. / Over the past decades, diet in developed countries has undergone an unprecedented transition, with increased intakes of protein, fat and high glycemic index carbohydrates. The first goal of this PhD work was to investigate how, beyond its composition, the food structure itself could play a part in nutrient digestibility and bioavailability, and consequently modulate the microbiota. We showed in vivo that the structure of proteino-lipidic emulsions modulated peptides transporters, and protein fermentation. The native proteins emulsion in a continuous liquid phase, with fine proteolipid droplets, was less digestible and led to more protein fermentation. It modified the gut microbiota composition in the distal and proximal intestinal sections and increased Lactobacillus and Coprococcus communities. A second in vivo study, using 15N labelled emulsions allowed us to disentangle the digestibility from the transit time effect. The second objective of the PhD was to characterize the capacity of prevalent human gut bacterial species to use undigested proteins as energy source. By monitoring growth kinetics and the production of specific metabolites, we showed that B. caccae, P. distasonis, B. longum et B. cocccoides could use whey protein as energy source. In addition we measured in B. caccae transcriptome, the over-expression of genes encoding for distinct peptidases, but also of GABA and indole pathways, and fimbriae biosynthesis. These data provide new insights on the relationships between food structure and the digestive ecosystem and could lead to the design of new functional food.

Résumé : Les régimes hyperprotéiques sont couramment consommés mais les conséquences au niveau du gros intestin sont peu connues. L’objectif de la thèse était d’étudier les effets des régimes hyperprotéiques et des métabolites bactériens dérivés des acides aminés sur la muqueuse du gros intestinUne série d’expérimentations animales et in vitro a permis de montrer que deux métabolites bactériens dérivés des acides aminés (le sulfure d’hydrogène et le p-cresol) sont toxiques pour l’épithélium lorsqu’ils sont présents en concentration élevée. Les résultats obtenus lors d’une étude clinique montrent que la quantité et la qualité des protéines alimentaires n’ont pas d’effets marqués sur la composition du microbiote fécal mais modifient les concentrations fécales et urinaires en métabolites bactériens.Ces modifications de l’environnement luminal du gros intestin n’étaient pas associées à une augmentation de la cytotoxicité des eaux fécales in vitro. Néanmoins, dans la muqueuse rectale, l’augmentation de l’apport en protéines a régulé l’expression de gènes impliqués dans le maintien de l’homéostasie et ces effets étaient distincts en fonction de la source de protéines utilisée. Toutefois, le niveau d’apport en protéines n’avait pas d’effet sur les paramètres inflammatoires et histologiques dans la muqueuse. Ces résultats ont été complétés par une étude chez le rat montrant qu’un régime hyperprotéique modifie le transcriptome dans les colonocytes mais n’a pas d’effets délétères en termes d’intégrité de l’ADN, de renouvellement de l’épithélium et de fonction barrière. / Abstract: High-protein diets are frequently consumed but the consequences for the large intestine are not well described. The objective of this thesis was to evaluate the effects of high-protein diets and of amino-acid derived bacterial metabolites on the large intestine mucosa. Animal and in vitro studies showed that two amino acid derived bacterial metabolites (hydrogen sulfide and p-cresol) are toxic for the epithelium when present at high concentration. The results obtained in a clinical trial indicate that quantity and quality of dietary protein do not have major effects on the fecal microbiota composition but modify the fecal and urinary concentration of bacterial metabolites.These changes in luminal environment were not associated with an increase in fecal water cytotoxicity in vitro. Nevertheless, in the rectal mucosa, the increase in protein intake regulated the expression of genes implicated in homeostatic processes and these effects were modulated by the source of protein. However, the level of protein intake had no effect on immune and histological parameters in the mucosa. These results were completed with a study in rats showing a clear transcriptome profile in colonocytes induced by a high-protein diet but that was not associated with detrimental effects in terms of DNA integrity, epithelial renewal and barrier function.

De plus en plus d’évidences suggèrent que la composition du microbiote intestinal pourrait jouer un rôle dans certaines pathologies comme l’hypertension, l’obésité, le diabète et plusieurs autres. Le but de cette étude est de démontrer que le microbiote intestinal modulé par des diètes enrichies en acide gras oméga-3 (w-3) ou en acide gras oméga-6 (w-6) avec un supplément ou non en probiotiques, pourrait influencer différemment la taille de l’infarctus du myocarde. Pour ce faire, des transplantations de microbiote provenant de rats nourris avec une diète w-3 ou w-6 combiné avec la prise ou non probiotiques ont été effectuées pendant 10 jours sur des rats dont le microbiote a été supprimé antérieurement par antibiothérapie. Ensuite, l’artère coronaire antérieure a été occluse pendant 30 minutes sur les rats transplantés et la taille de leur infarctus a été mesurée après 24 heures de reperfusion. La résistance intestinale, la concentration plasmatique de LPS (lipopolysaccharides), l’accumulation myocardique des neutrophiles, l’activation de la voie NF-kB (nuclear factor-kappa B), l’activation de la voie de cardioprotection RISK (Reperfusion Injury Salvage Kinase) et la composition du microbiote sont les autres paramètres qui ont été mesurés. Nos résultats démontrent une taille d’infarctus plus importante chez les animaux transplantés avec le microbiote w-6 sans probiotiques comparativement aux autres groupes incluant le groupe ayant reçu le microbiote w-6 avec probiotiques. Ces résultats indiquent qu’un microbiote provenant d’une diète enrichie en w-6 produit des effets délétères qui augmentent la taille de l’infarctus du myocarde comparativement à un microbiote provenant d’une diète enrichie en w-3 et que la prise de probiotiques permet de diminuer la taille de l’infarctus. / A lot of evidences suggest that the composition of the gut microbiota may play a role in certain conditions such as hypertension, obesity, diabetes and many others. The aim of our experiment is to demonstrate that the intestinal microbiota modulated by diets enriched in omega-3 fatty acid (w-3) or in omega-6 fatty acid (w-6) with or without a supplement in probiotics, could influence differently the size of a myocardial infarction. To do this, microbiota transplants from rats fed a w-3 or w-6 diet combined or not with intake of probiotics were performed for 10 days on rats whose microbiota had previously been suppressed by antibiotic therapy. Then, the anterior coronary artery was occluded for 30 minutes in the transplanted rats and the size of their infarction was measured after 24 hours of reperfusion. Intestinal resistance, plasma LPS (lipopolysaccharides) concentration, myocardial accumulation of neutrophils, activation of the NF-kB (nuclear factor-kappa B) pathway, activation of the RISK (Reperfusion Injury Salvage Kinase) cardioprotection pathway and microbiota composition are the other parameters that were measured. Our results demonstrate a larger infarct size in animals transplanted with the w-6 microbiota without probiotics compared to other groups (including the w-6 microbiota with probiotics group. These results indicate that a microbiota from a diet enriched in w-6 produces deleterious effects that increase the size of the myocardial infarction compared to a microbiota from a diet enriched in w-3 and taking probiotics can reduce the size of the myocardial infarction.

Le microbiote intestinal joue un rôle important dans la santé des chiens. Les changements dans la composition du microbiote conduisent au déséquilibre de ces micro-organismes qui est appelé dysbiose. Les objectifs de cette étude étaient d’évaluer l’impact de l’administration orale de Saccharomyces cerevisiae sur le microbiote fécal des chiens en bonne santé et d’évaluer le potentiel de Saccharomyces cerevisiae dans la prévention de la dysbiose induite par les antibiotiques. Les chiens ont été divisés en un groupe témoin (n=10) et un groupe probiotique (n=10). Le groupe probiotique a reçu 1 g/kg de S. cerevisiae par jour de D0 à D31. Les deux groupes ont reçu 15 mg/kg de métronidazole par voie orale toutes les 12h, de D11 à D17. Des écouvillons fécaux ont été prélevés sur les échantillons D0, 3, 11, 17, 20, 24 et 31 pour analyse du microbiote. Du sérum sanguin a été prélevé sur D0 et D24 pour des cytokines IL-2, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12, IFN-Υ et TNF-α. Le séquençage de l’ADN pour l’analyse du microbiote a été effectué à l’aide de la plateforme Illumina MiSeq et les données ont été analysées à l’aide du logiciel Mothur. La supplémentation en S. cerevisiae a été associée à des changements dans la composition du microbiote après 3 jours (p-value=0,002). Comme on pouvait s’y attendre, le métronidazole a considérablement modifié la composition du microbiote des deux groupes à partir de D11 jusqu’à D17 (valeur p < 0,001). Même si les deux groupes ont changé de façon marquée de D11 à D17, il y avait une différence significative entre les groupes de D17 (p-value=0,012) et de D20 (p-value=0,036), suggérant que le probiotique utilisé a la capacité de moduler le microbiote des chiens confrontés à la dysbiose. Il n’y avait pas de différence significative entre les groupes pour le D24 (p-value=0,388), mais pour le D31, les chiens du groupe probiotique ressemblaient à leur microbiote de référence, tandis que certains animaux du groupe témoin demeuraient dans l’état dysbiotique (p-value=0,002). Le TNF-α avait considérablement diminué dans le groupe des probiotiques à partir de D0 jusqu’à D24 (p-value=0,002). La quantité de TNF-α observée dans le groupe témoin par rapport au groupe probiotique de D24 était également significativement plus élevée (p-value=0,04). Il n’y avait aucune différence significative entre les autres cytokines mesurées dans le sang. On a également observé qu’un sous-ensemble des échantillons de référence (avant la supplémentation en probiotiques) présentait une abondance plus élevée de pathobiogènes (bactéries potentiellement pathogènes comme Escherichia, Helicobacter et Pseudomonadaceae)., tandis que les autres chiens avaient une plus grande abondance d’organismes bénéfiques (tels que Fusobacteriaceae, Bacteroides, Faecalibacillus, Bacterioidaceae, et Ruminococcaceae). Trois jours après la supplémentation en probiotiques, les chiens transportant plus de pathobiogènes se sont rapprochés d’un profil microbiote plus sain. En conclusion, on a observé que l’utilisation de S. cerevisiae était associée à des changements dans la composition du microbiote chez un groupe de chiens malades. Il a également été observé que la supplémentation avec S. cerevisiae a été en mesure de moduler les changements dans le microbiote intestinal pendant la dysbiose induite par les antibiotiques chez les chiens. Mots clés : Saccharomyces cerevisiae, manipulation du microbiote, microbiote intestinal du chien, antibiotiques. / The gut microbiota plays an important role in the health of dogs. The changes in the microbiota composition lead to the imbalance of these microorganisms which is called dysbiosis. The objectives of this study were to evaluate the impact of oral administration of Saccharomyces cerevisiae on the fecal microbiota of healthy dogs and to evaluate the potential of S. cerevisiae in preventing dysbiosis induced by antibiotics. Dogs were divided in a control (n=10) and a probiotic group (n=10). The probiotic group received 1 g/kg of S. cerevisiae per day from D0 to D31. Both groups were given oral metronidazole 15 mg/kg every 12h from D11 to D17. Fecal swabs were collected on D0, 3, 11, 17, 20, 24, and 31 for microbiota analysis. Blood serum was collected on D0 and D24 for measurements of cytokines IL-2, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12, IFN-Υ, and TNF-α. DNA sequencing for microbiota analysis was performed using the Illumina MiSeq platform and data was analyzed using the software Mothur. Supplementation with S. cerevisiae was associated with changes in the microbiota composition after 3 days (p-value=0.002). As expected, metronidazole markedly changed the microbiota composition of both groups from D11 to D17 (p-value<0.001). Even though both groups changed markedly from D11 to D17, there was a significant difference between groups on D17 (p-value=0.012) and on D20 (p-value=0.036), suggesting that the probiotic used has the capacity to modulate the microbiota of dogs facing dysbiosis. There was no significant difference between groups on D24 (p-value=0.388) but on D31, dogs from the probiotic group resembled their baseline microbiota while some animals from the control group remained in the dysbiotic state (p-value=0.002). TNF-α was significantly decreased in the probiotic group from D0 to D24 (p-value=0.002). The amount of observed TNF-α in the control group compared to the probiotic group on D24 was also significantly higher (p-value=0.04). There were no significant differences in the other measured cytokines from the blood. It was also observed that a subset of the dogs at baseline (before probiotic supplementation) carried higher abundances of pathobionts (potentially pathogenic bacteria such as Escherichia, Helicobacter, and Pseudomonadaceae), while the other dogs had higher abundances of beneficial organisms (such as Fusobacteriaceae, Bacteroides, Faecalibacillus, Bacterioidaceae, and Ruminococcaceae). Three days after probiotic supplementation, dogs carrying more pathobionts converted into a healthier microbiota profile. In conclusion, the use of S. cerevisiae was associated with beneficial shifts in the microbiota in a group of heathy dogs and the supplementation was able to modulate the dysbiosis caused by the use of antibiotics. Keywords: Probiotics, microbiota manipulation, intestinal dysbiosis, canine microbiome, antibiotics.

Le microbiote intestinal équin joue un rôle important dans le maintien de la santé de l'hôte. Le microbiote intestinal est composé de nombreux micro-organismes tels que les bactéries, les virus, les champignons et les archées. Cependant, la majorité de ces cellules microbiennes sont bactériennes, et par conséquent, de nombreuses études, y compris la présente, se concentrent sur l'exploration des communautés bactériennes dans l'intestin. Un déséquilibre du microbiote intestinal, appelé dysbiose, a été observé dans plusieurs conditions, telles que la colite, après l’administration d'antibiotiques ou la modification du régime alimentaire. La restauration du microbiote peut être effectuée par la transplantation de microbiote fécal (FMT). Des études utilisant les recommandations actuelles pour la FMT ont montré une récupération clinique chez les chevaux souffrant de diarrhée, mais le microbiote reste largement inchangé après la FMT et aucune étude randomisée avec contrôle placébo n'a été réalisée. Les hypothèses de ce projet étaient que le traitement avec une FMT concentrée corrigera la dysbiose plus rapidement qu’une FMT conventionnelle et le véhicule, et que le microbiote intestinal des chevaux traités avec une FMT concentrée ressemblera au microbiote intestinal du cheval donneur. L'objectif de ce projet était de développer un protocole pour améliorer la FMT chez les chevaux, en augmentant la concentration de bactéries présentes dans les selles du donneur par centrifugation, et de le tester chez les chevaux atteints de dysbiose intestinale induite par les antibiotiques. L'antibiotique triméthoprime sulfadiazine (TMS) a été administré à neuf chevaux pour induire une dysbiose intestinale. Les chevaux ont été séparés en trois groupes: les chevaux recevant une FMT concentrée (cFMT, n = 3); les chevaux recevant la FMT fraîche (fFMT), selon les recommandations actuelles (n = 3); et les chevaux recevant un véhicule (VEH) avec 10% de glycérol dans une solution saline à 0,9% (n=3). Des échantillons fécaux ont été prélevés avant et après l'administration du TMS, ainsi qu'avant, pendant et après la transplantation. Le séquençage a été réalisé à l'aide de la plateforme Illumina MiSeq et les données analysées à l'aide du logiciel Mothur. Tel qu’attendu, l'antibiotique TMS a significativement diminué la richesse microbienne chez tous les chevaux. De manière inattendue, la composition des suspensions fécales des donneurs cFMT et fFMT était significativement différente de la composition de base des receveurs cFMT et fFMT, respectivement. La composition du microbiote des chevaux ayant reçu une transplantation fécale (concentrée ou non) était significativement différente après la transplantation, alors que ce n’était pas le cas chez les chevaux ayant reçu le véhicule. En outre, l’abondance relative de Escherichia était significativement plus élevée dans les suspensions fécales du donneur cFMT par rapport aux suspensions fécales du donneur fFMT. Les principales limites de ce projet sont la petite taille des groupes et l'exposition des selles des donneurs à l'oxygène et à la congélation-décongélation. En outre, le modèle de dysbiose peut ne pas être optimal pour tester l'efficacité de la FMT, et des études réalisant la FMT chez les chevaux souffrant de diarrhée sont nécessaire. Cette étude a contribué à la recherche de nouvelles approches pour améliorer la FMT chez les chevaux. Le faible effet mesuré avec les deux protocoles de FMT et l’augmentation de Escherichia démontre que les protocoles actuels doivent être optimisés avant de pouvoir recommander la FMT pour traiter et prévenir la dysbiose chez les chevaux. / The equine gut microbiota plays an important role in maintaining the health of the host. The gut microbiota is composed of many microorganisms such as bacteria, viruses, fungi, and archaea. However, the majority of these microbial cells are bacterial cells, and consequently, many studies, including the present one, focus on exploring bacterial communities in the gut. An imbalance of the gut microbiota, termed dysbiosis, has been observed in several conditions such as colitis, colic, after antibiotic administration, or diet modification. Restoration of the gut to a healthy state can be performed through fecal microbiota transplantation (FMT). Studies using current recommendations for FMT have shown clinical recovery in horses with diarrhea, but the microbiota remains largely unchanged after FMT and no controlled studies have been performed. The hypotheses of this project were that treatment with concentrated FMT will correct dysbiosis faster than conventional FMT and the vehicle, and that the gut microbiota of horses treated with concentrated FMT will resemble the gut microbiota of the donor. The objective of this project was to develop an improved protocol for FMT in horses, by increasing the concentration of bacteria found in the donor stool using centrifugation, and to test it in horses with antibiotic-induced intestinal dysbiosis. The antibiotic trimethoprim sulfadiazine (TMS) was administered to nine horses to induce intestinal dysbiosis. Horses were separated into three groups: horses receiving concentrated FMT (cFMT) (n=3); horses receiving fresh FMT (fFMT), as per current recommendations (n=3); horses receiving a vehicle (VEH) with 10% glycerol in 0.9% saline (n=3). Fecal samples were collected before and after antibiotic administration, as well as before, during, and after transplantation. Sequencing was performed using the Illumina MiSeq platform and data analysed using the software Mothur. As expected, the antibiotic TMS significantly decreased the richness in all horses (P < 0.05). Unexpectedly, the membership of the cFMT and fFMT donor fecal suspensions was significantly different from cFMT and fFMT recipients’ baseline membership, respectively. The membership of the cFMT and fFMT recipient horses was significantly different after transplantation, while the vehicle recipients were not. In addition, the Escherichia genus was found in significantly higher relative abundances in the cFMT donor fecal suspensions when compared to the fFMT donor fecal suspensions. The main limitations of this study are the small sample size and exposure of cFMT donor stool to oxygen and freeze-thawing. In addition, the dysbiosis model may not be optimal to test the efficacy of FMT, and studies performing FMT in horses with diarrhea are warranted. This study contributed to the search for novel approaches to improve FMT in horses. The weak effect of both FMT protocols on the gut microbiota and the increase in Escherichia suggest that further clinical studies are needed before FMT can be recommended to treat and prevent dysbiosis in horses.

La biohydrogénation (BH) ruminale des acides gras polyinsaturés (AGPI) est à l'origine de la production d'intermédiaires trans retrouvés dans les productions de ruminants (essentiellement le lait). Il existe deux voies de BH produisant des acides gras (AG) trans qui auraient des propriétés différentes : les isomères t11 auraient des effets bénéfiques pour la santé des consommateurs et les isomères t10 seraient responsables d'une forte diminution du taux butyreux du lait, représentant une contrainte majeure pour les éleveurs. Dans des conditions physiologiques normales, la voie t11 est fortement majoritaire, par contre avec des rations à base d'ensilage de maïs, riches en concentrés et surtout si elles comprennent des suppléments lipidiques riches en AGPI, une déviation de la voie t11 à la voie t10 peut se produire avec une augmentation significative des isomères t10 au détriment des isomères t11. L'objectif de cette thèse est d'expliquer les modalités de cette déviation, afin de mieux la maîtriser en élevage. Nos travaux permettent de conclure que les facteurs alimentaires de maîtrise de la déviation de la voie t11 vers la voie t10, sont la teneur en amidon rapidement fermentescible et la teneur en c9,c12-C18:2. Lorsque la quantité de c9,c12-C18:2 présente dans le rumen est faible, même avec une ration riche en amidon et un pH bas dans le rumen, la déviation n'a pas lieu, la voie t11 suffisant à assurer l'hydrogénation des AGPI puisque dans ces conditions, la ∆9 isomérisation est elle aussi peu efficace à pH bas. En revanche, lorsqu'en plus de l'amidon, du c9,c12-C18:2 est ajouté dans la ration, la voie t11 devient insuffisante et c'est la voie t10 qui prend le relais. Le pyroséquençage 454 couplé à une régression multiple SPLS nous ont permis d'établir des corrélations entre les taxons identifiés et la proportion d'AG (t10 ou t11) dans le rumen. Il s'avère que les genres bactériens corrélés fortement et positivement aux AG t10 sont plus ou moins impliqués dans le métabolisme ruminal du lactate ainsi qu'au faible pH ruminal. Cependant, l'identification des taxons les plus corrélés aux AG t11 était moins précise, elle s'arrête à l'ordre des Clostridiales. Enfin, dans des conditions de déviation de la voie t11 à la voie t10, l'addition de vitamine E dans la ration des vaches n'a pas permis de restaurer un ratio déjà élevé. Ces résultats ont abouti à une meilleure compréhension de cette déviation et orientent vers une meilleure maîtrise en élevage. / Rumen biohydrogenation (BH) of polyunsaturated fatty acids (PUFA) is responsible of the production of trans intermediates found in ruminant products (mainly milk). There are two BH pathways leading to trans fatty acids (FA) with different biological properties: t11 isomers have beneficial effects for consumer's health and t10 isomers result in low milk fat content, representing a major constraint for farmers. In most conditions, t11 FA are the major trans FA, but in some conditions, especially with diets based on corn silage and including lipid supplements rich in PUFA, a shift from t11 to t10 pathway can occur with a significant increase of t10 isomers at the expense t11 isomers. The objective of this work was to explain modalities of this shift to better control it in animal production. Our results demonstrated that dietary factors responsible of the shift from t11 to t10 pathway are starch rapidly fermentable and c9, c12-C18:2 contents. When the amount of c9, c12-C18:2 present in the rumen is low, even though the diet is rich in starch and the pH is low in the rumen, the shift does not occur, t11 pathway being sufficient to ensure the hydrogenation of PUFA since in these conditions, the 9 isomerization is also poorly effective at low pH. However, when c9, c12-C18:2 is supplemented to the diet in addition to starch, t11 pathway becomes insufficient for FA BH, and t10 pathway becomes dominant. 454 pyrosequencing coupled to a multiple sPLS regression allowed us to establish correlations between some identified taxa and FA proportions (t10 or t11) in the rumen. It appears that bacterial genera that are strongly and positively correlated with t10 FA are more or less involved in the metabolism of ruminal lactate and also positively correlated with a low ruminal pH. However, identification of taxa correlated with t11 FA was less accurate, stopping at Clostridiales order. Finally, once the shift occurred, the subsequent addition of vitamin E was not able to counteract this process. These results lead to a better understanding of this shift to better control it in animal livestock.

Le corps humain est un ensemble de microflores où cohabitent bactéries, archées, virus et eucaryotes. Ces écosystèmes complexes sont appelés microbiotes. Parmi ceux-ci figure le microbiote intestinal qui compte 1011 à 1014 bactéries/g de selle. Les modifications de la flore intestinale peuvent être à l'origine de pathologies comme les diarrhées infectieuses. Il s'agit d'un véritable problème de santé publique puisqu'environ 2.16 millions de décès sont liés à cette pathologie chaque année. Les virus intestinaux jouent un rôle prépondérant mais les infections bactériennes restent également importantes. Le diagnostic de ces infections bactériennes reste compliqué puisque le microbiote intestinal comporte 75% d'espèces non cultivables. De plus, on ne dispose pas réellement d'une liste exhaustive des bactéries pouvant être responsables de diarrhées infectieuses. Nous avons donc choisi d'étudier le microbiote intestinal dans des selles normales et pathologiques, par une approche polyphasique alliant une étape préliminaire de concentration des selles diarrhéiques par la lyophilisation, à des techniques de culture et des méthodes de biologie moléculaire. Pour cela nous avons mis au point une nouvelle technologie pour la détection des entéropathogènes par hybridation sur puce à ADN permettant la détection des bactéries et des virus ADN entéropathogènes, en présence d'un témoin archae. Notre outil permet le diagnostic multiplexe des diarrhées infectieuses puisque nous avons correctement identifié un adénovirus et la bactérie Campylobacter jejuni présents dans une même selle. / The human body is a collection of microflora where cohabit bacteria, archaea, viruses and eukaryotes. These complex ecosystems are called microbiota. Among these is the intestinal microbiota that counts 1011 to 1014 bacteria/g of stool. Changes in the intestinal flora can cause of pathologies such as infectious diarrhea. This is a real public health problem since about 2.16 million deaths are related to this disease each year. Enteric viruses play a preponderant role but bacterial infections are also important. The diagnosis of bacterial infections is complicated because the intestinal microbiota includes 75% non-cultivable species. In addition, there is not really a list of bacteria could be responsible for infectious diarrhea. We therefore decided to study the intestinal microbiota in normal stool and also pathological stools by a polyphasic approach combining a preliminary step of diarrheal stools concentration by lyophilization, with cultivation techniques and molecular biology methods. We developed a new technology for the detection of enteropathogens by hybridization on DNA microarray for the detection of bacteria and enteric viruses (DNA) in the presence of a control archaea. Our tool allows multiplexed diagnostic of infectious diarrhea since we correctly identified an adenovirus and Campylobacter jejuni present in a same sample. This is the first DNA microarray for multiplex detection of bacteria and viruses (DNA) enteropathogens. An improvement of our protocol for nucleic acid extraction is proposed to allow the detection of RNA viruses such as rotavirus and calicivirus which are currently dominant.

Le veau nouveau-né possède un rumen peu développé et non fonctionnel. Au cours des premiers mois, les fonctions digestives s’établissent, avec l’implantation du microbiote composé majoritairement de bactéries, archées et protozoaires. Les objectifs de ce travail étaient doubles : i) caractériser et comprendre la séquence d’implantation taxonomique des microorganismes du rumen chez le veau par des techniques de biologie moléculaire et de dénombrement, ainsi que la séquence de mise en place des paramètres fermentaires (AGV et ammoniac) et des activités principales enzymatiques chez le veau en périodes pré- et post-sevrage, ii) étudier l’effet de l’addition de levures vivantes sur la mise en place de cet écosystème ruminal en périodes pré- et post-sevrage. D’une part, nos travaux ont permis de confirmer qu’à la naissance, le rumen chez le veau, est dépourvu de micro-organismes, d’AGV, d’activité xylanasique et amylasique, avec un pH proche de la neutralité et un Eh fortement positif. La colonisation du rumen se fait dès la naissance, pendant les 15 premiers jours de la vie de l’animal par un microbiote complexe prédominé par les bactéries (phyla Proteobacteria et Bacteroidetes) et comprenant aussi des archées (majoritairement Methanobrevibacter). En même temps, le Eh devient fortement négatif. Ces communautés entraînent la production de produits fermentaires grâce à leurs activités enzymatiques. Entre 15 jours et le sevrage, avec l’ingestion d’aliments solides, la composition du microbiote du rumen évolue pour se rapprocher de celle de ruminants adultes, sans atteindre pour autant la maturité en termes de densités et abondances relatives. A cette période, le phylum Bacteroidetes est majoritaire, avec le genre Prevotella. Après le sevrage de légers changements apparaissent sur certains paramètres fermentaires comme les AGV sans doute en raison d’une évolution du microbiote qui devient moins diversifié et plus adapté à la dégradation d’aliments solides. L’apparition, à partir de 90 jours, des protozoaires ciliés dans le rumen semble conditionnée par la présence d’animaux adultes à proximité. A 4 mois d’âge, l’écosystème ruminal tend à devenir proche de celui observé chez les animaux adultes en matière de paramètres fermentaires, activités enzymatiques et composition taxonomique du microbiote. D’autre part, nos travaux ont permis de conclure que, avant sevrage, une supplémentation en levures vivantes (Saccharomyces cerevisiae) diminue l’ingestion de concentrés, conduit à une apparition plus précoce de la communauté des protozoaires et une plus grande densité d’archées, mais a peu d'effets sur la densité et la diversité de la communauté bactérienne, à l'exception de variations d’abondances de quelques taxa mineurs. L’apport de levures entraîne une diminution de la protéolyse, une augmentation de la proportion d'acétate ruminal et une diminution de la proportion de propionate. Au cours de la période post-sevrage, les veaux supplémentés en levures consomment plus de foin et la densité en archées est plus importante alors qu’une réduction de la diversité et de la densité de la communauté bactérienne est observée, mais accompagnée d’une augmentation de l’abondance relative des bactéries dégradant l’amidon, les pectines, les protéines et majoritairement les parois cellulaires en fonction des substrats présents dans le rumen. Ces changements sont probablement à relier aux augmentations de l'activité xylanasique et de la proportion d'acétate. L’ensemble des résultats acquis dans ce travail de thèse a permis d’apporter un certain nombre de connaissances et une meilleure compréhension de la mise en place de l’écosystème ruminal chez le veau de race laitière en périodes pré- et post-sevrage, ainsi que quelques pistes pour orienter ou améliorer cette implantation pour une meilleure maîtrise de l’élevage des veaux d’élevage. / The newborn calf has a little and non-fonctional rumen. During the first months of life, digestive functions establish, in relationship with the colonization by a microbiota mainly composed of bacteria, archaea and protozoa. This study had two objectves: i) characterize and understand the sequence of establishment of ruminal microbiota in calves by molecular biology and counting techniques abd describe the appearance of fermentation parameters (VFA and ammonia) and enzyme activities during the pre- and post-weaning periods, ii) define the effect of yeast supplementation on the establishment of the ruminal ecosystem in pre-and post-weaning periods. On the one hand, our work confirmed that at birth, calf rumen is devoid of micro-organisms, AGV, xylanase and amylase activities, with a pH close to neutrality and a strongly positive Eh. From 2 to 15 days of age, the rumen is colonized by a complex microbiota dominated by bacteria (Proteobacteria and Bacteroidetes phyla) and also containing archaea (with mainly the Methanobrevibacter genus), and Eh becomes strongly negative. These communities result in the production of fermentation products due to their enzymatic activities. Between 15 days and weaning, with the ingestion of solid food, the composition of rumen microbiota changes to become closer to that of adult ruminants without reaching maturity in term of densities and relative abundances. At this time, the phylum Bacteroidetes is predominant with the Prevotella genus. After weaning, slight differences occurs on some fermentative parameters such as VFA, probably related to a change in the microbiota that becomes less diversified and more adapted to the degradation of solid food. From 90 days, the establishment of ciliated protozoa in the calf rumen seems conditioned by the proximity with adult animals. From 4 months of age, considering fermentation, enzymatic and taxonomic composition of the microbiota, the ruminal ecosystem tends to be similar to that observed in adult animals. On the other hand, our work showed that during the pre-weaning period, the supplementation with live yeast (Saccharomyces cerevisiae) results in a lower concentrate intake, an earlier establishment of ciliated protozoa and a higher archaeal community density, but poorly affects the density and diversity of the bacterial community, with the exception of changes in abundances of some minors taxa. Yeast supplementation reduces proteolysis, increases the proportion of acetate and decreases that of propionate. During the post-weaning period, yeast supplemented calves consumed more hay, had a higher archaeal density, but a lower diversity and density of the bacterial community with an increased relative abundance of fiber, protein, starch, pectine degrading bacteria compared to control according to the substrates present in the rumen. These changes are probably related to increases of the xylanolytic activity and the proportion of acetate. Taken together, results obtained in his thesis have improved knowledge and understanding of the establishment of the ruminal ecosystem in the dairy calf in pre- and post-weaning periods, and carried some possibilities to orientate or improve the ruminal establishment for better control of calves rearing.