L’asthme équin, une maladie inflammatoire considérée non infectieuse, est néanmoins associé avec la présence de certains streptocoques et Pasteurellaceae. La similarité entre les espèces de Pasteurellaceae complexifie toutefois leur différenciation. L’objectif de cette étude est d’évaluer la présence de différents Pasteurellaceae dans les voies respiratoires de chevaux atteints d’asthme. Des amorces qPCR ont été optimisées pour [Pasteurella] caballi, Nicoletella semolina, Pasteurella multocida et Haemophilus influenzae, mais plusieurs espèces d'intérêt (notamment Actinobacillus spp.) n'ont pas pu être étudiées faute d'amorces spécifiques. Des lavages nasaux, oraux et bronchoalvéolaires de douze chevaux (six sains, six asthmatiques) gardés dans différents environnements ont été analysés. Pour N. semolina, les analyses ont été approfondies chez dix chevaux asthmatiques (phase II : lavages nasaux et bronchoalvéolaires), et chez dix chevaux sains (phase III : lavages nasaux). N. semolina a été identifié dans 0 à 66 % des échantillons et était retrouvé en plus forte quantité dans le nez de chevaux gardés à l’intérieur et nourris avec du foin. Dans les phases II et III, N. semolina a été identifié dans 90 à 100 % des échantillons nasaux, et dans six lavages bronchoalvéolaires. [P.] caballi a été identifié dans la cavité orale de 83 % des chevaux, indépendamment du statut de santé. H. influenzae et P. multocida n’ont pas été détectés. Aucun Pasteurellaceae analysé n’était associé à l’asthme équin sévère. N. semolina était fréquemment retrouvé dans les voies respiratoires et sa charge nasale était influencée par l’environnement. Les amorces synthétisées faciliteront de futures études sur les Pasteurellaceae. / Equine asthma, an inflammatory disease considered non-infectious, is associated with the presence of certain streptococci and Pasteurellaceae. Strong similarities between Pasteurellaceae species prevent specific differentiation. The objective of the study was to evaluate the presence of different Pasteurellaceae in the airways of horses with severe asthma. Quantitative PCR primers were optimized for [Pasteurella] caballi, Nicoletella semolina, Pasteurella multocida and Haemophilus influenzae. Several species of interest (in particular Actinobacillus spp.) could not be studied due to a lack in primer specificity. Nasal, oral and bronchoalveolar lavages from twelve horses (six healthy, six asthmatics) kept in different environments were analyzed. For N. semolina, further investigation was pursued through inclusion of ten asthmatic horses (phase II: nasal washes and bronchoalveolar lavages), and ten healthy horses (phase III: nasal washes). N. semolina was identified in 0 to 66 % of samples and was found in larger loads in the nose of horses kept inside and fed hay. In phases II and III, N. semolina was identified in 90 to 100 % of nasal samples and in six bronchoalveolar lavages. [P.] caballi was only identified in the oral cavity, with 83 % of positive horses regardless of health status. H. influenzae and P. multocida were not detected. No specific Pasteurellaceae studied here were associated with severe equine asthma. N. semolina was identified frequently in respiratory samples and its nasal load was influenced by the horse’s environment. The optimized primers will facilitate future studies on Pasteurellaceae.

La prise en compte du microbiote intestinal porcin est une approche de plus en plus considérée dans la qualification des mesures de contrôle des pathogènes alimentaires issus de cette filière de production. Toutefois, ces études, en conditions protégées, sont généralement réalisées in vivo, nécessitent des installations spécialisées, coûteuses en fonctionnement. Une alternative possible à l’utilisation des animaux serait la disponibilité d’un système in vitro mimant le microbiote intestinal cultivé en bioréacteur. Ce projet de recherche vise la mise au point d’un système de culture en bioréacteur pour la production d’un microbiote dérivé du microbiote intestinal porcin, puis la mesure de l’effet de deux huiles essentielles sur le microbiote. Un système, original par son alimentation continue par un digestat d’aliment conventionnel porcin, a été utilisé dans le cadre de ce projet. En effet, ce système est composé de huit réacteurs, dont un réacteur mère permettant la croissance du microbiote qui a été distribué dans les sept réacteurs fils afin de disposer de conditions reproductibles. Les résultats obtenus par séquençage métagénomique 16S par Illumina MiSeq des échantillons démontrent une grande évolution de la composition des échantillons à 48 h par rapport au contenu intestinal utilisé pour l’inoculation. Toutefois, cette variation a diminué considérablement entre 48h et 72h, pour offrir une fenêtre d’analyse de microbiotes complexes d’origine intestinale porcine pour l’évaluation d’additifs alimentaires. Dans le cadre de cette étude, l’introduction de deux huiles essentielles, le Thymol et le Carvacrol, a été testée dans le système à 48h, pour deux concentrations (200 ou 1000 ppm). Les résultats de PCR quantitative ont démontré une augmentation significative des populations de Lactobacilles dans les réacteurs contenant du Thymol à 1000 ppm en 24h (entre l’ajout à 48h et la fin de l’expérience, à 72 h) ou par comparaison avec le réacteur contrôle sans huile à la fin de l’essai, mais aucune différence significative n’a été observée pour le Carvacrol. Toutefois, aucune différence significative n’a été observée au niveau de la composition du microbiote entre les réacteurs comportant des additifs différents. Cette étude a permis le développement d’un système de bioréacteur permettant de maintenir un microbiote dérivé du microbiote intestinal porcin sur 72h, ainsi que sa mise en oeuvre pour mesurer l’effet de l’addition d’une huile essentielle dans un réacteur. / Pig intestinal microbiota is an approach more considered in the foodborne pathogen control qualification in the pig production. However, these studies are commonly conducted in vivo needing specific installation and significant costs. A possible alternative to the use of animals would be the used of an in vitro system to mimic the intestinal microbiota, in a bioreactor. This research project aims to setup a bioreactor system to produce a microbiota derived from the pig intestinal microbiota, and to assess the effect of two essentials oils on this microbiota. The system used in this project is unique by its design, continuously supplied using digested piglet feed as a culture media. This system is composed of eight reactors, including a mother reactor for the growth of the microbiota that was divided between seven daughter reactors to obtain reproducible conditions. Results obtained by 16S metagenomic sequencing using Illumina MiSeq of the samples showed an evolution of the sample composition at 48h compared to intestinal content used for inoculation. However, this variation decreases between 48h and 72h, offering a window for the analysis of food additives effect on the microbiota from piglet origin. In this study, two essentials’ oils, Thymol and Carvacrol, were added to the system at 48h, at a concentration of 200 and 1000 ppm, respectively. Quantitative PCR showed a significant increase of Lactobacilli in reactors containing Thymol at 1000 ppm in 24h (between the addition at 48h and the end of the experiment at 72h) or when comparing with the control reactor without oils at the end of the experiment, but no significative difference was observed for the Carvacrol. However, no significative difference was observed in microbiota composition between the reactors containing the different additives. This study enabled the development of a bioreactor system to maintain a microbiota derived from the pig intestinal microbiota over 72h, and the possibility to assess the effect of essential oils addition in a reactor.

Le cancer colorectal (CCR) est le 3ème plus diagnostiqué au Canada. Son traitement implique une résection chirurgicale du côlon ou du rectum, et une reconnexion des deux bouts intestinaux pour rétablir la continuité gastrointestinale. Cette reconnexion, appelée « anastomose », peut ne pas bien guérir chez jusqu’à 30% des patients, ce qui mène à une complication morbide et mortelle appelée « fuite anastomotique ». En plus de diminuer la survie et la qualité de vie, la fuite est possiblement associée à une récidive accrue du cancer pour des raisons qui demeurent obscures. Malgré des progrès techniques importants dans les dernières décennies, les taux de fuite n’ont pas significativement diminué, et sa survenue demeure hautement imprévisible. Des données récentes ont suggéré que le microbiote intestinal, ou la collection de microorganismes dans l’intestin, peut influencer le processus de guérison après la chirurgie, mais l’évidence sur cette relation reste faible. Les études suivantes visaient donc à évaluer le lien causal entre le microbiote, la fuite anastomotique le CCR. En utilisant des échantillons de selles collectés avant la chirurgie de 18 patients avec CCR (9 avec fuite et 9 sans fuite), on a évalué le rôle causal du microbiote humain chez des souris assujetties à une greffe de microbiote fécal (GMF) puis une chirurgie colique. On a trouvé que la GMF avec des échantillons de patients avec fuite a entrainé chez la souris une mauvaise guérison anastomotique, un affaiblissement de la matrice extracellulaire dans la plaie colique, et une inflammation accrue localement. On a identifié 2 souches bactériennes, Parabacteroides goldsteinii kh35 et Alistipes onderdonkii kh33, qui influençaient la guérison anastomotique, la 1ère positivement et la 2ème négativement. Ces souches modulaient l’inflammation dans la muqueuse colique, avec P. goldsteinii exerçant un effet anti-inflammatoire et A. onderdonkii un effet pro-inflammatoire. En utilisant des échantillons de muqueuses collectés de patients avant la complétion de l’anastomose, on a trouvé avec une analyse multiplex que les patients présentant une fuite avaient des niveaux basaux plus élevés des macrophage inflammatory protein-1 alpha, monocyte chemoattractant protein-1, macrophage inflammatory protein 2 et interleukin-17A/F, et que le microbiote de ces patients entraine une augmentation similaire de ces cytokines pro-inflammatoires dans l’intestin des souris. Pour corroborer l’hypothèse que les patients présentant une fuite après la chirurgie avaient des niveaux basaux plus élevés d’inflammation intestinale de bas-grade induite par le microbiote, on a quantifié 9 cytokines dans la muqueuse colorectale de 77 patients avec CCR, pami lesquels 13 ont présenté une fuite après la chirurgie. Les 9 cytokines étaient plus élevées chez les patients ayant développé une fuite. On a exploré des marqueurs inflammatoires potentiels dans les selles, et qui peuvent être utilisés comme des biomarqueurs de dépistage avant la chirurgie, et avons identifié la calprotectine et la lipocaline-2 comme étant significativement différentes entre les patients présentant, ou pas, une fuite anastomotique. Ensuite, on a exploré si des métabolites bactériens peuvent être utilisés pour améliorer la guérison anastomotique. Les acides-gras à courte chaine (AGCCs) sont produits dans le côlon après la fermentation bactérienne de fibres alimentaires. On a ainsi testé si une supplémentation chez la souris avec de l’inuline ou des galacto-oligosaccharides (GOS), deux oligosaccharides fermentables, peut améliorer la guérison. On a trouvé que l’inuline et le GOS ont augmenté les niveaux du bénéfique AGCC butyrate, amélioré la guérison anastomotique, favorisé la réparation épithéliale, la déposition du collagène et la barrière intestinale. Enfin, puisque le butyrate est connu pour son effet anticancérigène via une activation peroxysome proliferator-activated receptor gamma (PPAR-γ), on a investigué la relation entre l’amélioration de la guérison intestinale postopératoire avec l’inuline et le 5-aminosalicylate (5-ASA), un activateur de PPAR-γ, et la récidive du CCR. Une revue de la survie postopératoire de patients avec CCR ayant, ou pas, présenté une fuite a été effectuée. L’effet d’une supplémentation alimentaire avec de l’inuline ou du 5-ASA sur les tumeurs anastomotiques a été évalué chez des souris subissant une chirurgie colique. L’inuline et le 5-ASA ont été aussi évalués dans un modèle murin de métastases hépatiques où les cellules de CCR étaient inoculées chirurgicalement dans la rate. Les patients présentant une fuite présentaient une survie globale et oncologique moindre que les patients sans fuite. Une mauvaise guérison anastomotique chez la souris a entrainé des tumeurs anastomotiques et péritonéales plus volumineuses. L’inuline et le 5-ASA ont renforcé la barrière intestinale et prévenu les tumeurs anastomotiques et dissémination métastatique chez la souris. Ces trouvailles renforcent l’hypothèse que prévenir la fuite améliore les issues oncologiques des patients avec CCR, et ouvre la voie à des essais cliniques où des interventions modifiant le microbiote seraient utilisées pour favoriser la guérison et diminuer la récidive du cancer. En résumé, on a démontré pour la première fois le lien causal entre le microbiote intestinal préopératoire et la guérison anastomotique chez les patients avec CCR. On a aussi identifié des biomarqueurs potentiels qui peuvent être utilisés en pratique pour détecter l’inflammation subclinique de bas-grade induite par le microbiote pour prédire la guérison avant la chirurgie. On a aussi démontré que le microbiote et PPAR-γ peuvent être modulés avec des oligosaccharides fermentables pour améliorer la guérison, renforcer la barrière intestinale et prévenir la récidive du cancer. / Colorectal cancer (CRC) is the third most diagnosed cancer in Canada. Its treatment involves a surgical resection of the colon or rectum, and a reconnection of the remaining bowel segments to re-establish gastrointestinal continuity. This reconnection, termed “anastomosis”, may fail to heal and leak in up to 30% of patients, which leads to a morbid and mortal complication called “anastomotic leak” (AL). In addition to decreasing survival and quality of life, AL may be linked to higher cancer recurrence for reasons that remain unclear. Despite significant technical progress over the last decades, the rates of AL have not significantly decreased, and its occurrence remains highly unpredictable. Recent data have suggested that the gut microbiota, or the collection of microorganisms in the gut, may influence the healing process after surgery, but evidence on this relation remains weak. The following studies aimed therefore at assessing the causal link between the gut microbiota, AL, and CRC in patients undergoing surgery. Using fecal samples collected before surgery from 18 patients with CRC (9 with AL and 9 without AL), we assessed the causal role of the human microbiota in mice subjected to fecal microbiota transplantation (FMT) then colonic surgery. We found that FMT from AL patients led to poor anastomotic healing, a weakened extracellular matrix in the colonic wound, and heightened inflammation locally. We identified 2 bacterial strains, Parabacteroides goldsteinii kh35 and Alistipes onderdonkii kh33, that were found to influence anastomotic healing, the first one positively and the second one negatively. These strains were found to modulate inflammation in the colonic mucosa, with P. goldsteinii exerting an anti-inflammatory effect and A. onderdonkii a pro-inflammatory effect. Using mucosal samples collected from patients before the completion of the anastomosis, we found with a multiplex assay that patients experiencing AL harbor higher basal levels of macrophage inflammatory protein- 1 alpha, monocyte chemoattractant protein-1, macrophage Inflammatory Protein 2 and interleukin-17A/F, and that the microbiota of these patients lead to the same increase in pro-inflammatory cytokines in mice. To corroborate the hypothesis that patients experiencing AL after surgery harbor higher basal levels of microbiota-driven low-grade inflammation in the gut, we quantified 9 cytokines in the colorectal mucosa of 77 patients with CRC, among whom 13 experienced AL after surgery. All 9 cytokines were found to be increased in patients developing AL. We explored potential fecal inflammatory markers that could be used as screening biomarkers before surgery, and identified calprotectin and lipocalin-2 as being significantly different between patients that subsequently developed, or not, AL. 4 Next we explored whether bacterial metabolites may be used to improve anastomotic healing. Short-chain fatty acids are produced in the gut upon bacterial fermentation of dietary fibers. We therefore tested in mice whether dietary supplementation with inulin or galacto-oligosaccharides (GOS), two fermentable oligosaccharides, could improve healing. We found that inulin and GOS increased the levels of the beneficial SCFA butyrate, improved anastomotic healing, promoted epithelial repair, collagen deposition and the gut barrier function. Finally, as butyrate is known to exert anticarcinogenic effect by stimulating the nuclear receptor peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPAR-γ), we further investigated the relationship between promotion of postoperative intestinal healing using inulin and 5-aminosalicylate (5-ASA), a PPAR-γ activator, and CRC recurrence. A review of postoperative survival of CRC patients with and without AL was performed. The effect of dietary supplementation with inulin and 5-ASA on local anastomotic tumors was assessed in mice undergoing colonic surgery. Inulin and 5- ASA were also assessed in a mouse model of liver metastasis where CRC cells are surgically inoculated into the spleen. Patients experiencing AL displayed significantly lower overall and oncological survival than non-AL patients. Poor anastomotic healing in mice led to larger anastomotic and peritoneal tumors. Inulin and 5-ASA reinforced the gut barrier and prevented anastomotic tumors and metastatic spread in mice. These findings reinforce the hypothesis that preventing AL improves oncological outcomes in patients with CRC, and pave the way towards clinical trials in which microbiotatargeted interventions may be used to enhance healing and diminish cancer recurrence. In summary, we demonstrated for the first time the causal link between the preoperative gut microbiota and anastomotic healing in patients with CRC. We also identified potential biomarkers that could be used in practice to detect microbiota-driven subclinical inflammation and predict healing before surgery. We also showed that the gut microbiota and PPAR-g could be modulated using fermentable oligosaccharides to improve healing, reinforce the gut barrier and prevent cancer recurrence.

Les vaches laitières en transition sont sensibles aux infections utérines en raison de l'immunité compromise autour du vêlage et de la contamination bactérienne importante dans l'utérus immédiatement après le vêlage. Les vaches atteintes d'infections utérines sont plus susceptibles de développer d'autres maladies périnatales, ce qui entraîne une baisse de la production de lait et une diminution de la fertilité. L'infertilité liée aux infections utérines est devenue la principale cause d'élimination d'une vache du troupeau. Jusqu'à présent, il n'y a pas eu d'approches efficaces pour traiter les infections utérines. Environ 90 % des vaches laitières subissent une contamination bactérienne post-partum de l'utérus. La plupart des vaches sont capables d'éliminer l'infection en 8 semaines au cours du processus d'involution, mais jusqu'à 20 % des vaches développent une métrite, qui est une infection de toute la paroi utérine ; et dans certains troupeaux, 30 à 50 % des vaches développent une endométrite, qui est une infection de la paroi interne de l'utérus. Il a été indiqué que le microbiome et les facteurs immunitaires innés de l'appareil reproducteur ont un effet sur la maladie utérine post-partum, mais le microbiome reproducteur bovin et son effet sur la fertilité suivante ne sont pas bien compris. Les maladies sont négativement corrélées aux performances de reproduction et, combinées au taux d'incidence élevé, elles sont coûteuses pour les agriculteurs. Les études traditionnelles basées sur la culture sont biaisées en faveur des bactéries qui se développent dans un environnement de laboratoire. Dans ce projet, la diversité bactérienne vaginale et utérine pendant la période d'attente volontaire a été étudiée par des méthodes de microbiologie moléculaire, principalement l'ARNr 16S et le séquençage de nouvelle génération. L'objectif de cette étude est d'étudier les variations du microbiote et des facteurs immunitaires innés tels que les populations IL1, IL8 et AGP pendant la période d'attente volontaire. L'objectif de la présente étude était de caractériser les communautés bactériennes de l'appareil reproducteur et la quantité de cytokines avant le vêlage et après le vêlage chez les vaches ayant développé ou non une endométrite. . De plus, notre deuxième objectif de la présente étude était de décrire la réponse immunitaire innée locale cellulaire et humorale lors de la cervicite clinique dans l'utérus et les échantillons vaginaux dans les périodes pré et post-partum des vaches laitières. Pour l'étude prospective de cohorte, un total de 61 vaches multipares ont été prélevées avec une cytobrosse dans le vagin 7 jours avant le vêlage (J-7) et dans l'utérus 7 jours (J+7), 21 jours (J+21), et 35 jours (J+35) après vêlage. Des échantillons de vaches en bonne santé (n = 11) et de vaches atteintes d'endométrite (n = 11) ont été traités pour l'extraction d'ADN et les gènes de séquençage de l'ARNr 16S. La diversité alpha du microbiote utérin n'était pas significantment différente entre les groupes sains et malades. La diversité β n'était pas différente au niveau de l'UTO au cours de la même période d'échantillonnage entre les vaches saines et les vaches atteintes d'endométrite, mais le microbiote utérin était différent entre les groupes trois semaines après le vêlage. Les vaches malades avaient une abondance relative moindre de Firmicutes et de Bacteroidetes que les vaches en bonne santé et les vaches atteintes d'endométrite avaient une plus grande abondance relative d'Actinobacteria que les vaches en bonne santé. T. pyogenes, Peptoniphilus et Helcococcus étaient nettement plus abondants chez les vaches atteintes d'endométrite clinique. De plus, les concentrations d'interleukine 1α (IL1), d'interleukine 8 (IL8) et de glycoprotéine acide α1 (AGP) ont été déterminées. Les cas de CC avec des signes cliniques au temps +5w tels que des pertes vaginales purulentes et une endométrite subclinique ont montré la production de cytokines la plus élevée. En conclusion, le post-partum de 3 semaines est un point critique pour évaluer les cytokines et les protéines de phase aiguë ; où la variation d'IL1 et d'IL8 a gardé une relation directe avec le nombre et la fonction des neutrophiles. / Transition dairy cows are more susceptible to uterine infections due to the compromised immunity around calving and substantial bacterial contamination in the uterus immediately after calving. Cows with uterine infections are at higher odds of developing other periparturient diseases, resulting in lower milk production and impaired fertility. Infertility related to uterine infections has become the main reason for a cow to be culled from the herd and therapeutic approaches to treat uterine infections. Currently, about 95 are of limited success. Approximately 90% of dairy cows exhibit contamination in the uterine cavity during the first 2 weeks following calving. Up to 40% of dairy cows still have contamination in the genital tract 3 weeks after calving. When infection or inflammation persists in the uterus beyond 4 weeks postpartum, the infected uterus is associated with infertility. The microbiome and innate immune factors of the reproductive tract have been indicated to have an effect on postpartum uterine disease, however the bovine reproductive microbiome and its effect on fertility is not well understood. Diseases are negatively correlated to reproductive performance, and in combination with the high incidence rate, they are costly for the farmers. Traditional culture based studies are biased towards bacteria that thrive in a laboratory environment. In this project, the vaginal and uterine bacterial diversity during voluntary waiting period (time between parturition and the time at which the cow os first eligible for insemination) were investigated by molecular microbiology methods, primarily 16S rRNA next generation sequencing. The objective of the present study was to characterize the reproductive tract bacterial communities and the number of cytokines before and after calving in cows that developed or not endometritis. Also, the present study aimed to describe the innate immune response such as IL1, IL8 and AGP in the uterus and vaginal in the pre- and post-partum periods of dairy cows with clinical cervicitis. For the cohort prospective study, a total of 61 multiparous cows were sampled with a cytobrush in the vagina 7 days before calving (D-7) and in the uterus 7 days (D+7), 21 days (D+21), and 35 days (D+35) after calving. Samples of healthy cows (n=11) and cows with endometritis (n=11) were processed for DNA extraction and sequencing of the 16S rRNA gene. Alpha-diversity of uterine microbiota was not significantly different between healthy and endometritis groups. Microbiota composition (β diversity) was significantly different between healthy and endometritis cows three weeks after calving. Diseased cows, but not at the other sampling times. Disease cows had lower relative abundance of Firmicutes and Bacteroidetes and greater abundance of Actinobacteria than healthy cows. Trueperella spp, Peptoniphilus spp. and Helcococcus spp. were significantly more abundant in disease dairy cows. Additionally, in three weeks after calving the concentrations of interleukin 1α (IL1), interleukin 8 (IL8) and α1-acid glycoprotein (AGP) were determined. Cows with clinical and subclinical endometritis at time +5w (5 wks after calving) showed the highest cytokine production compared to the other sampling time ( -1week, +1 week and+3 weeks).

La viande de porc est l’un des produits alimentaires les plus consommés au monde. La demande pour des produits de viande salubres et de qualité par les consommateurs ne cesse d’augmenter à mesure que la consommation elle-même augmente. Pour pouvoir répondre à cette demande, la contamination microbienne doit être surveillée et maîtrisée. Il s’agit d’une préoccupation majeure pour les industries œuvrant en agroalimentaire, car la présence de bactéries pathogènes responsables de toxi-infections alimentaires chez les consommateurs est une menace pour la santé publique. De plus, la présence de bactéries d’altération rend la viande impropre à la consommation humaine et diminue la durée de vie des produits, entraînant un gaspillage alimentaire et des pertes économiques. La contamination initiale des carcasses de porc est un processus inévitable et se produit par l’apport continu de bactéries, particulièrement celles composant le microbiote (intestinal, oral) des porcs et de l’environnement de l’abattoir. Le contrôle de la qualité microbiologique et la description des communautés microbiennes retrouvées à la surface des carcasses et des viandes sont réalisés, en cultivant des micro-organismes indicateurs classiques tels que les bactéries aérobies mésophiles totales ou les entérobactéries. Aujourd’hui, de nouvelles approches existent pour caractériser l’ensemble des bactéries constituant un microbiote grâce à des méthodes de séquençage à haut débit dans le but d’en étudier toute sa diversité. Cependant, l’ensemble du microbiote des carcasses et des viandes, ainsi que sa diversité sont très peu connus en production porcine. Par conséquent, il y a un manque général d’information disponible sur la façon dont ce microbiote varie dans des conditions réelles de transformation et d’entreposage de la viande de porc. Ainsi, les principaux objectifs cette thèse étaient de décrire la variabilité du microbiote porcin retrouvé sur la surface des carcasses en fonction de la provenance de la ferme d’origine des animaux et des étapes du procédé d’abattage et celle du microbiote retrouvé sur la surface des viandes emballées sous vide en fonction des conditions d’entreposage, en plus de décrire la variation de ces microbiotes dans le temps. Pour cette thèse, trois échantillonnages ont été effectués dans un abattoir porcin au Québec, Canada. Des échantillons de surface de carcasses ont été prélevés à plusieurs étapes de la chaîne d’abattage et de transformation et ce, pendant plusieurs semaines. Des échantillons de longes de porc emballées sous vides et entreposées à plusieurs températures distinctes pendant 56 jours, pour imiter l’exportation de ces produits frais à l’étranger, ont également été prélevés. Des analyses microbiologiques classiques, à savoir le dénombrement d’indicateurs microbiens et la détection des bactéries pathogènes telles que Salmonella, ainsi que la caractérisation du microbiote via le séquençage de la région V4 de l’ARNr 16S sur la plateforme Illumina Miseq ont été réalisées. Globalement, les résultats ont montré que le microbiote de surface des carcasses de porc était similaire lorsque comparé après l’habillage des carcasse (jusqu’à la douche précèdent le refroidissement), et ce entre les zones basses (correspondant au cou) et hautes (correspondant au jambon), ainsi que selon l’origine des carcasses, provenant de différents élevages, abattues pendant une même journée. Le microbiote semblait être constitué de bactéries provenant du microbiote intestinal ou oral des porcs. À l’inverse, une différence entre les charges microbiennes était observée, avec des comptes bactériens plus élevés pour les indicateurs dans la partie correspondant au cou. Lorsque les microbiotes ont été comparés sur une période de quatre semaines, une plus grande diversité bactérienne a été observée sur les zones correspondant au jambon. La composition et la structure du microbiote à la surface des carcasses apparaissaient différentes selon les journées d’abattage et les différents quarts de production (matin vs après-midi). Après le refroidissement des carcasses, une diminution de la charge bactérienne ainsi que de la diversité ont été observées, telles qu’attendues, malgré le fait que la plupart des genres bactériens présents sur les carcasses avant le refroidissement ont également été détectés après ce même refroidissement. La caractérisation du microbiote de longes de porc emballées sous vide entreposées à des températures de −1,5°C et subissant des fluctuations de la température durant les 56 jours d’entreposage a démontré que la diversité, la composition et la structure du microbiote n’étaient pas impactées. Les communautés bactériennes identifiées sur les carcasses de porc avant et après le refroidissement, tels qu’Escherichia, Shigella et Lactobacillales_unclassified, semblaient contribuer au microbiote des longes tout au long de l’entreposage. Les résultats ont révélé que les microbiotes de longes de porc, similaires en début de l’entreposage, se différenciaient après 56 jours d’entreposage. Dans cette thèse, les faibles prévalences de Salmonella et de Listeria monocytogenes n’ont pas permis de décrire et d’identifier les changements du microbiote potentiellement associés à la présence de ces bactéries. La caractérisation du microbiote a néanmoins permis d’identifier des genres bactériens hébergeant des espèces reconnus pour être pathogènes pour l’humain, comme Campylobacter spp. et Yersinia spp. Les méthodes de contrôles pour assurer le contrôle de la qualité microbiologique mises en place à l’abattoir ne permettent pas de caractériser toute la contamination microbienne. Par conséquent, la description complète des communautés microbiennes retrouvées à la surface des carcasses et viandes de porc est importante pour déterminer le rôle des conditions de transformation primaire et d’entreposage dans la composition et la diversité du microbiote. Ce projet permet d’ouvrir sur de nouvelles perspectives pour un meilleur contrôle de la qualité microbiologique et une meilleure prévention de la contamination microbienne des carcasses et viandes de porc. / Pork is one of the most consumed food products in the world. Requests for quality safe and high pork meat products is increasing too, as the consumption itself continues to increase. To be able to meet these requests, microbial contamination must be controlled. This is a major concern for the pig industry as the presence of pathogenic bacteria is responsible for human foodborne infections, making it a public health issue, as well as the presence of spoilage bacteria render meat unsuitable for human consumption, leading to food waste and economic losses. During pig meat processing, the initial carcass contamination appears inevitable and bacteria from the digestive tract and from the slaughterhouse environment contribute to the contamination of the carcass surface, both jeopardizing food safety and meat shelf life. The control of microbiological contamination and the description of the microbial communities on the surfaces of pork carcasses and meats are performed using culture-dependent methods, such as counting total aerobic bacteria or Enterobacteriaceae. Currently, new approaches allow to describe and analyze the entire composition of a microbial community using high-throughput sequencing. However, few studies have described the composition and diversity of all bacterial populations on carcass surfaces and fresh pork products during processing. To address this lack of available information on how the microbiota varies under actual processing and storage conditions, this thesis aims to describe the variability of surface microbiota of pig carcasses according to the animal origin, stage of the slaughter process, the variability of surface microbiota of vacuum-packed pork meats according to storage conditions and to study the variations of these microbiota over time. In this thesis, three samplings were carried out in a pig slaughterhouse in the province of Quebec, Canada. Samples from the surface of pig carcasses were collected at several stages during primary processing, as well as samples from the surface of fresh vacuum-packed pork loins stored for 56 days and subjected to different temperature deviations, to mimic overseas exportation. Culture-dependent methods such as enumeration of traditional indicator microorganisms, detection of pathogenic bacteria such as Salmonella, as well as high-throughput sequencing of the V4 region of the 16S rRNA gene on the Illumina platform were performed. Results showed that the microbiota of the carcass surfaces sampled was similar following primary processing (until the final wash that precedes cooling) between samples from the top (ham) and the bottom areas (neck), and between different pig batches slaughtered the same day. Bacteria which seem to come from the gut and oral cavity of pigs mainly contribute to the carcass microbiota composition. Microbial counts were different between areas, higher bacterial counts were observed for the bottom area. However, when the microbiota was compared over a four-week period, a higher bacterial diversity was observed on top areas, and the microbiota composition and diversity found on the pig carcass surface appear different according to different visits and work shifts (morning vs afternoon). After cooling, a decrease in bacterial counts and diversity were observed, even if most bacterial genera present on carcasses before cooling were also detected afterward. The microbiota composition, diversity, and structure of vacuum-packed pork loin stored at −1.5°C (Control) and at different temperature deviations over 56 days were not statistically different. Bacterial communities identified on pig carcasses before and after chilling, such as Escherichia, Shigella and Lactobacillales_unclassified, seemed to contribute to the vacuum-packed pork loin microbiota during storage. Results revealed that the vacuum-packed pork loin microbiota from the eight batches sampled were different after 56 days of storage, even though they appeared similar at the beginning of this storage period. In this thesis, the low prevalence of Salmonella and Listeria monocytogenes did not allow us to describe any potential changes in the microbiota associated with the presence of these bacteria. However, sequencing analysis revealed the frequent presence of known foodborne pathogens like Campylobacter spp. and Yersinia spp. The control methods to ensure microbiological quality control implemented at the slaughterhouse do not allow to characterize all microbial contamination. Therefore, the complete description of the microbial communities from carcass and meat surfaces is important in determining the role of primary processing and storage conditions in the composition and diversity of microbiota. This study is a step forward in the better control and prevention of microbial contamination of meat products.

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin. / The intestinal mucosa is exposed to oxidizing agents from the ingestion of modified foods, immuno-inflammatory cells and intestinal flora. Diet high in fruits and vegetables may reduce oxidative stress and inflammation via several mechanisms. These beneficial effects may be due to their high polyphenol content. The first aims for my PhD was to define the nature of polyphenols extracted from dried apple peels (DAPP) and to determine their antioxidant and anti-inflammatory potential in the intestine. Caco-2/15 cells were used to study the role of DAPP preventive actions against oxidative stress (OxS) and inflammation induced by iron-ascorbate (Fe/Asc) and lipopolysaccharide (LPS), respectively. The combination of HPLC with fluorescence detection, HPLC-ESI-MS TOF and UPLC-ESI-MS/MS QQQ allowed us to characterize the phenolic compounds present in the DAPP (phenolic acids, flavonols glycosides, flavan-3-ols, procyanidins). The addition of Fe/Asc to Caco-2/15 cells induced OxS as demonstrated by the rise in malondialdehyde, depletion of n-3 polyunsaturated fatty acids, and alterations in the activity of endogenous antioxidants (SOD, GPx, G-Red). However, preincubation with DAPP prevented Fe/Asc-mediated lipid peroxidation and counteracted LPS-mediated inflammation as evidenced by the down-regulation of cytokines (TNF-α and IL-6), and prostaglandin E2. The mechanisms of action triggered by DAPP induced also a down-regulation of cyclooxygenase-2 and nuclear factor-kB, respectively. These actions were accompanied by the induction of Nrf2 (orchestrating cellular antioxidant defenses and maintaining redox homeostasis), and PGC-1α (the “master controller” of mitochondrial biogenesis). Our findings provide evidence of the capacity of DAPP to reduce OxS and inflammation, two pivotal processes involved in inflammatory bowel diseases. The cranberry fruit has been reported to have high antioxidant effectiveness that is potentially linked to its richness in diversified polyphenolic content. Therefore, the second objective was to compare the results for apple to those for the cranberry. More specifically, the aim of this study was to determine the role of cranberry polyphenolic fractions in oxidative stress, inflammation and mitochondrial functions using intestinal Caco-2/15 cells. The second aim of this work was to determine the polyphenolic species that were responsible for the observed biological activity. The combination of HPLC and UPLC-TDQ techniques allowed us to characterize the profile of low, medium and high molecular weight polyphenolic compounds in cranberry extracts. The medium molecular weight fraction was enriched with flavonoids and procyanidin dimers whereas procyanidin oligomers (degree of polymerization > 4) were the dominant class of polyphenols in the high molecular weight fraction. Pre-incubation of Caco-2/15 cells with these cranberry extracts prevented Fer/Asc-mediated lipid peroxidation and counteracted LPS-mediated inflammation as evidenced by the decrease in pro-inflammatory cytokines (TNF-α and IL-6), cyclooxygenase-2 and prostaglandin E2. Cranberry polyphenols fractions limited both NF-B activation and Nrf2 down-regulation. Consistently, cranberry procyanidins alleviated oxidative stress-dependent mitochondrial dysfunctions as showed by the rise in ATP production and the up-regulation of Bcl-2, as well as the decline of protein expression of cytochrome C and apoptotic inducing factor. These mitochondrial effects were associated with a significant stimulation of PGC1α, a central inducing factor of mitochondrial biogenesis and transcriptional co-activator of numerous downstream mediators. Finally, cranberry procyanidins forestalled the effect of Fer/Asc on the protein expression of mitochondrial transcription factors (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). The analysis of different pathways, including absorption and transport of polyphenol species revealed which species in the three cranberry fractions have been responsible for the antioxidant activity observed. Especially, the identification of flavan-3-ols and A-type procyanidins in mitochondria suggested that these polyphenol species were responsible for the antioxidant activity in this organelle. Our findings provide evidence for the capacity of cranberry polyphenols to reduce intestinal oxidative stress and inflammation while improving mitochondrial dysfunction. Subsequently, we evaluated the preventive and therapeutic aspects of DAPP polyphenols on intestinal inflammation while elucidating the underlying mechanisms and clinical benefits. Induction of intestinal inflammation in the C57BL6 mice was performed by oral administration of the inflammatory agent DSS (Dextran Sodium Sulfate, 2.5% for 10 days). Physiological and supraphysiological doses of DAPP (200 and 400 mg/ kg/day, respectively) were administered by gavage for 10 days pre- and during-DSS. DSS caused weight loss, shortening of the colon, dystrophic detachment of the epithelium, erosion and infiltration of mono- and polymorphonuclear cells in the colon. Additionally, the DSS induced an increase in lipid peroxidation, a down-regulation of antioxidant enzymes, a rise in MPO and COX-2 expression, and PGE2 production. However, the DAPP corrected or at least alleviated most of these abnormalities in preventive and therapeutic situations, in addition to lowering protein expression of NF-kB and inflammatory cytokines (TNF-a and IL-6) while stimulating antioxidant transcription factors (Nrf2, PGC1α). The supraphysiological dose of DAPP in therapeutic situation has corrected mitochondrial dysfunction, as evidenced by the raised ADP/ATP ratio, reduced apoptosis (Cyt C and AIF) and the DNA repair enzyme (OGG1) that eliminated DNA damage, caused by oxidative stress, thereby preventing the initiation of the ROS vicious cycle. The relative abundance of colitogenic bacteria was slightly decreased in DAPP-treated mice compared to DSS-induced colitis group. Conclusions: Polyphenols of DAPP exhibit a powerful anti-oxidant and anti-inflammatory power in the intestine. Their actions are associated with the regulation of cellular signaling pathways and changes in microbiota composition. Therefore, preventive and therapeutic effects of DAPP may be clinically feasible in individuals with intestinal disorders such as colonic cancer.

Ce travail de thèse concerne l'étude de l'écologie microbienne d'un atelier de découpe de viande bovine, dans le but de mieux comprendre la persistance bactérienne, c'est-à-dire, la présence répétée d'un même clone bactérien pendant une longue période malgré l'application bien conduite et régulière du nettoyage et de la désinfection (N-D). Des prélèvements par « chiffonnages » multiples de surfaces d'équipements ont été réalisés lors de trois campagnes de prélèvement espacées les unes des autres d'au moins six mois. Les prélèvements ont été réalisés sur un tapis convoyeur en polychlorure de vinyle (PVC) et sur des machines éplucheuses en acier inoxydable avant et après N-D. Nous avons quantifié les cellules totales (les cellules vivantes et les cellules mortes) par PCR quantitative en temps réel (qPCR), les cellules viables par EMA-qPCR, et les UFC (provenant de cellules cultivables) par dénombrement après incubation à 25°C sur gélose tryptone soja. Les résultats montrent qu'avant N-D, les cellules totales (en moyenne 5,6 – exprimé en log10 cellules/cm2 – sur PVC et 4,7 sur acier inoxydable) sont plus nombreuses que les cellules viables (4,5 sur PVC et 4,4 sur acier inoxydable) lesquelles sont plus nombreuses que les UFC (3,8 sur PVC et 2,9 sur acier inoxydable). Le N-D entraîne moins d'une réduction décimale (RD) des populations à l'exception des UFC sur acier inoxydable qui subissent 1,5 RD en moyenne. Ce dernier chiffre s'explique par des forces d'adhésion faibles. L'étude de la diversité des bactéries cultivables montre que sur un total de 51 genres identifiés, 13 seulement sont retrouvés lors des trois campagnes de prélèvements. Les isolats de ces 13 genres représentent 75, 72 et 62% des isolats des campagnes1, 2 et 3 respectivement. Parmi ces isolats, les plus fréquents sont (par ordre décroissant du nombre d'isolats) : Pseudomonas, Staphylococcus, Microbacterium, Acinetobacter, Chryseobacterium, Psychrobacter et Kocuria. Le génotypage d'isolats de 3 genres majoritaires (Staphylococcus, Pseudomonas et Acinetobacter) montre qu'une seule souche, Staphylococcus equorum, est sans aucun doute persistante. L'ensemble de ces observations montrent que l'écosystème varie d'une campagne à une autre. Ces modifications de la diversité bactérienne reflèteraient les modifications de flores des viandes traitées dans l'atelier, qui ont des origines multiples. En outre, il apparaît que, contrairement à ce qui est généralement admis, les bactéries à coloration de Gram négative cultivables sont plus facilement inactivées par le N-D que les bactéries à coloration de Gram positive. L'étude de l'écosystème par PCR-DGGE a permis d'identifier sept genres bactériens et montre que les espèces dominantes sont toutes sous forme vivante, autrement dit, aucune des espèces dominantes n'a été détectée uniquement sous forme de cellules mortes. Sur les sept genres identifiés six sont des Gram – dont majoritairement les genres Acinetobacter, Pseudomonas et Psychrobacter. Cette dominance montre que le N-D permet une forte perte de cultivabilité des bactéries Gram – mais qu'une grande partie n'est pas détachée. La dominance des bactéries Gram – observée par PCR-DGGE masque les staphylocoques qui ne sont pas détectés alors qu'ils sont majoritaires parmi la flore cultivable. Seul un genre bactérien, Propionibacterium, est identifié par PCR-DGGE uniquement mais il n'est trouvé qu'à une seule campagne et uniquement sur l'acier inoxydable avant N-D. En conclusion, l'avancée majeure de ce travail est la mise en évidence qu'une proportion importante de bactéries survit après les opérations très poussées de N-D mais pour une période transitoire. / The aim of this work is to acquire a better knowledge of the microbial ecology of a beef processing plant to understand bacterial persistence, e.g. the presence of a clone isolated several times on several visits in the same processing plant despite regular Cleaning and disinfection (C&D) procedures. Successive swabbing were performed on a PVC conveyor belt and skinning machines made of stainless steel before and after C&D during three surveys in minimal 6 month-intervals. Total cells (live and dead cells) were quantified using real-time quantitative PCR (qPCR). Viable cells e.g. cells with intact membrane, were assessed using Ethidium Monoazide combined with qPCR. Culturable cells (CFU) were determined from plate counts on Tryptone Soy Agar. Before C&D, total cells (5.6 log cells/cm2 and 4.7 log10 cells/cm2 on PVC and stainless steel respectively) were greater than viable cells (4.5 and 4.4 log10 cells/cm2) and CFUs (3.8 and 2.9 log10 CFU/cm2). C&D lead to less than 1 log10 reduction in bacterial populations except for CFU counts on stainless steel where a 1.5 log reduction is observed. This result is highlighted by the weak attachment strengths observed on stainless steel for CFUs. Identification of the culturable microbiota revealed that out of 51 genera identified, 13 were found at all the visits. These genera represented 75, 72 and 62% of the total isolates. The most frequently identified bacteria were Pseudomonas, Staphylococcus, Microbacterium, Acinetobacter, Chryseobacterium, Psychrobacter and Kocuria. Molecular typing of three dominant genera (Staphylococcus, Pseudomonas and Acinetobacter) showed that only one strain, Staphylococcus equorum, was persistent in the premises. Our results show that the microbial ecosystem is different from one survey to another, which reflect the various geographical origins of meat products. Contrary to widespread belief, Gram negative strains were more easily eliminated by C&D than Gram positive strains. Furthermore, the microbial diversity assessed by PCR-DGGE allowed the identification of 7 genera. This molecular approach showed that dominant species are all in a viable state: none of these species was solely detected in a dead state. Of the 7 genera identified, 6 were Gram negative, Acinetobacter, Pseudomonas and Psychrobacter being predominant. This result highlights that C&D induced the lost of culturability of Gram negative bacteria although a high proportion was not detached from the surface. The predominance of Gram negative microflora, didn’t allow the detection of staphylococcal isolates which were numerous in the culturable microflora. One genus, Propionibacterium, isolated in one survey on stainless steel before C&D was only identified by PCR-DGGE. In conclusion, the present study has demonstrated that a large proportion of bacteria can survive drastic cleaning and disinfection for a transient period.

Les α-galactosides sont des glucides non digestibles constitués d'unités galactose liées en α(1,6). Les α-galactosides de la famille du raffinose (RFO) sont, avec le saccharose, les principaux oligosaccharides des légumineuses. Cependant, aucune activité α(1,6)-galactosidase n'est retrouvée au niveau de l'épithélium intestinal humain, les RFO sont donc exclusivement fermentés par les enzymes microbiennes. Ces travaux introduisent une enzyme bifonctionnelle de Ruminococcus gnavus E1, un membre majoritaire du microbiote intestinal humain, présentant une activité α(1,6)-galactosidase/ saccharose kinase (AgaSK). L'analyse de la séquence peptidique montre qu'AgaSK présente deux domaines : un domaine homologue aux α-galactosidases GH36, et un autre contenant un motif de fixation des nucléotides (motif A de Walker). La caractérisation des paramètres biochimiques d'AgaSK met en évidence cette bifonctionnalité puisqu'elle est capable d'hydrolyser les α(1,6)-galactosides solubles, et parallèlement en présence d'ATP de phosphoryler le saccharose spécifiquement sur la position C6 du glucose. La production directe de saccharose-6-phosphate à partir de l'hydrolyse du raffinose constitue une voie métabolique jamais décrite chez les bactéries. L'analyse de chacun des domaines montre que les domaines isolés d'AgaSK sont actifs mais la comparaison de leurs paramètres cinétiques montre qu'il y a des différences entre la protéine entière et les domaines isolés. La résolution de la structure du domaine α-galactosidase en complexe avec le galactose démontre que l'état oligomérique est nécessaire pour le bon repliement de la protéine et pour une fixation efficace du substrat. / Α-galactosides are non digestible carbohydrates present in many leguminous plants. Soluble α-galactosides consist of galactose units α(1,6) linked to different carbohydrates. Among these, the raffinose family oligosaccharides (RFO) and sucrose, are the most abundant oligosaccharides found in legumes. However, no α(1,6)galactosidase activity exists in the human intestine mucosa and α-galactosides are exclusively fermented by microbial α(1,6)galactosidases (EC3.2.1.22). Here we introduce a bifunctional enzyme, the α(1,6)galactosidase/sucrose kinase (AgaSK) whose gene is highly transcribed in vivo by Ruminococcus gnavus E1, a major member of human dominant intestinal microbiota. Sequence analysis showed that AgaSK is composed of two domains: one closely related to α-galactosidases from glycoside hydrolase family GH36 and the other containing a nucleotide binding motif (Walker A motif). Its biochemical characterization showed that AgaSK is able to hydrolyze efficiently soluble α-galacosides. Furthermore, AgaSK it is able to bind nucleotide to phosphorylate specifically on the C6 position of glucose sucrose. The production of sucrose-6-P directly from raffinose brings out a glycolytic pathway in bacteria, not described so far. In addition, AgaSK isolated domains are active but the biochemical characterization has shown that there are differences in the activities between the whole protein and isolated domains. The crystal structures of the galactosidase domain in complex with the product shed light onto the reaction and substrate recognition mechanisms and highlight an oligomeric state necessary for efficient substrate binding.

Il est maintenant établi que les facteurs alimentaires participent à la survenue des maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI). Le traitement thermique des aliments génère des substances néoformées telles que les produits de Maillard (MRPs) dont les effets sur la santé sont controversés. D’autres contaminants retrouvés dans les aliments sont issus des emballages. L’ensemble de ces molécules ont été associées à des réactions inflammatoires mais peu de données existent sur leurs conséquences sur la sphère digestive. L’objectif de cette thèse était d’étudier l’effet du traitement thermique des aliments sur la modulation d’une colite chez la souris. Dans un premier temps, nous avons dosé quelques marqueurs des MRPs dans deux régimes : peu et fortement chauffés. Ensuite, nous avons évalué l’impact de ces matrices sur la réponse inflammatoire chez des souris soumises à deux modèles de colites (DSS, TNBS). Enfin, nous avons observé les conséquences de l’effet cumulé de l’ingestion de MRPs et d’un contaminant d’emballage (le phtalate DEHP) chez les animaux atteints d’une colite. Le niveau de traitement thermique de la matrice était proportionnel aux teneurs en produits avancés et terminaux de la réaction de Maillard. Un fort traitement thermique a permis de prévenir la réponse inflammatoire chez les animaux soumis aux colites mais nous n’avons observé aucune modification de la réponse inflammatoire colique suite à l’ingestion couplée de MRPs et de DEHP. A terme, ces résultats descriptifs pourraient, sous réserve d’en identifier les mécanismes, servir à l’élaboration de recommandations nutritionnelles pour les patients souffrant de MICI. / It is acknowledged that alimentary factors participate in the etiology of inflammatory bowel diseases (IBD). On the other hand, food heat treatment generates neoformed compounds such as Maillard Reaction Products (MRPs) with controversial effects on human health but also results in contamination coming from packaging. All of these compounds are incriminated in inflammatory reactions but there are few data related to their consequences on gut. This work was aimed at determining the effect of food heat treatment on the modulation of an experimental colitis in mice. At first, we assessed some markers of MRPs in two moderately and highly heated diets. We then evaluated the consequences of these diets on the inflammatory response of animals submitted to two models of experimental colitis (DSS, TNBS). At last, we observed the consequences of cumulative effects of oral repeated exposure to MRPs and to a packaging contaminant the phthalate DEHP in DSS colitic mice. We revealed that the thermic level treatment was proportional to level of advanced and terminal MRPs and that the highest heat treatment resulted in the prevention of both the colitis models. By contrast, we observed no change in the inflammatory response following the coupled exposure to DEHP and the highly treated diet. While being descriptive, those results are promising and, after understanding the mechanisms involved, could be of interest in the conception of nutritional recommendations for IBD patients.

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