Nous avons collecté et comparé les microbiotes et les microbiomes intestinaux de plusieurs dizaines de lézards de l’espèce Podarcis sicula, vivant dans des populations continentales et insulaires croates. L’une de ces populations présentait la particularité d’avoir subi un changement de régime alimentaire récent, une transition d’un régime insectivore vers un régime omnivore (à 80% herbivores) sur une période de 46 ans. Les analyses de diversité menées sur la région V4 de l’ARN ribosomique 16S de ces communautés microbiennes ont révélé que la diversité spécifique (diversité alpha) des microbiotes de lézards omnivores (enrichis en archées méthanogènes) excède celle des microbiotes de lézards insectivores. Les communautés microbiennes des lézards apparaissent en outre faiblement structurées : 5 entérotypes peuvent être identifiés au niveau du phylum, et 3 phyla majoraires (les Bactéroidètes, les Firmicutes et les Protéobactéries) sont présents dans cette espèce. Cependant, ni le régime alimentaire, l’origine spatiale ou temporelle, et le sexe des lézards ne se traduisent par des différences significatives et majeures dans les microbiotes. Des analyses linéaires discriminantes avec effet de la taille des OTUs et des reads des microbiomes fonctionnellement annotés indiquent plutôt que le changement de régime alimentaire de Podarcis sicula est associé à des changements ciblés dans l’abondance de certains composants du microbiote et du microbiome de ces lézards, nous conduisant à formuler l’hypothèse de changements ciblés des communautés microbiennes dans cet holobionte non-modèle, par opposition à des transformations plus radicales. Sur un plan plus théorique, cette thèse propose également des modèles de réseaux (réseaux de similarité de reads et graphes bipartis) susceptibles d’aider à approfondir les analyses des microbiomes. / We collected and compared intestinal microbiota and microbiomes from several Podarcis sicula lizards, which live in Croatian continental and insular populations. One of these populations has recently changed its diet over an 46 years timespan, switching from an insectivorous diet to an omnivorous one (up to 80% herbivorous). Diversity analyses of these microbial communities, based on the V4 region of their 16S rRNA, showed that the microbiota taxonomic diversity (or alpha diversity) is higher in omnivorous lizards (enrichment in methanogenic archaea) than in insectivorous ones. Besides, microbial communities seem weakly structured: 5 enterotypes are detected at the phylum level, and 3 major phyla (Bacteroidetes, Firmicutes and Proteobacteria) are present. However, neither diet, spatial or temporal origin, nor lizard gender correlate with significant differences in microbiota. Linear discriminant analyses with size effect, based on OTUs and functionally annotated reads from the microbiomes, suggest that Podarcis sicula diet change is associated to targeted changes of the abundance of some enzymes in the microbiomes. Such a result leads us to propose a hypothesis of targeted changes in the microbial communities of this non-model holobiont, instead of more radical transformations. On a more theoretical level, this thesis also proposes network models (Reads similarity networks and bipartite graphs) that can help improving microbiome analyses.

Les eaux florales sont des matières premières aromatiques issues de la distillation, contenant généralement moins de 1 g/L de composés volatils leur conférant leurs propriétés organoleptiques. Elles sont utilisées principalement en industrie agroalimentaire et cosmétique. Elles sont sujettes à des problèmes d’instabilité microbienne incompatibles avec leurs applications. Ces microorganismes, leurs dynamiques, ainsi que les nutriments disponibles nécessaires à leur croissance restent mal connus. Les eaux florales sont actuellement stabilisées par ajout de conservateurs dont certains sont controversés et visent à être retirés du marché. De plus, leur efficacité dans les eaux florales n’a pas été évaluée.L’objectif de cette thèse est d’apporter une meilleure connaissance de la composition des eaux florales et de ses contaminants afin de proposer une méthode de stabilisation adaptée.La composition en huile essentielle et le microbiote de 22 échantillons d’eau de fleur d’oranger (Citrus aurantium L. ssp. amara L.) et de rose (Rosa damascena Miller et Rosa centifolia L.), provenant de différents producteurs autour du bassin méditerranéen, ont été analysés afin de déterminer les facteurs responsables de leur altération. Bien que les composés volatils soient connus pour leurs propriétés antimicrobiennes, leurs concentrations dans les hydrolats ne sont pas suffisantes pour assurer la stabilité microbiologique. En plus des composés volatils, les hydrolats contiennent des composés non-volatils tels que des sucres, entraînés vers le distillat par effet de primage ou de moussage pendant la distillation, et pouvant être utilisés comme substrat de croissance par les microorganismes. La population microbienne peut atteindre 106 à 107 UFC/mL en quelques jours à température ambiante et jusqu’à 3 mois à 5°C. Des bactéries environnementales, oligotrophes, et acido-tolérantes, appartenant principalement aux genres Pseudomonas sp. et Burkholderia sp. ont été isolées et identifiées. Parmi ces bactéries, B. vietnamiensis et Novosphingobium capsulatum ont été capables de métaboliser des composés volatiles tels que le géraniol ou l’acétate de 2-phényléthyle pour produire la 6-méthyl-5-heptèn-2-one ou le 2-phényléthanol, et modifier ainsi les propriétés organoleptiques des hydrolats. Enfin, la capacité de croissance de bactéries pathogènes et d’altération dans les hydrolats a été évaluée, et différents conservateurs ont été testés sur les souches capables de se multiplier dans les hydrolats.Une distillation aseptique et un conditionnement stérile permettrait d’assurer la stabilité des hydrolats sans ajout de conservateurs. En l’absence de conditions aseptiques, l’ajout de conservateurs est nécessaire pour assurer la stabilité des hydrolats. / Hydrosols are hydrodistillation products mainly used as food flavoring agents or ingredient in cosmetics. They contain less than 1 g/L of dispersed essential oils giving the organoleptic properties. These are subjected to microbial proliferation that can prevent use due to non-compliance to professional microbiological standards. The microorganisms, their growth dynamics, and the available nutrients in hydrosols remain unknown. Hydrosols can contain few preservatives, but there is no data about their efficiency in hydrosols.The aim of this study was to have a better knowledge on hydrosols composition, their microbiota, and spoilage conditions, in order to propose an adapted stabilization method.The composition in volatile compounds and the microbiota of 22 hydrosol samples of Citrus aurantium L. ssp. amara L. (orange blossom), Rosa damascena Miller (rose D.), and Rosa centifolia L. (rose C.) flowers were analyzed to determine factors responsible for decay. Some non-volatile compounds were likely carried over during distillation by a priming and foaming effect, and could be used as nutrients by microorganisms. Concentrations of volatile compounds in hydrosols are not high enough to prevent microbial proliferation, and bacteria concentrations can reach up to 106 CFU/mL in both hydrosols. The isolated microbial population was composed of oligotrophic Gram-negative bacteria, arranged in four major genera: Pseudomonas sp., Burkholderia cepacia complex, and presumably two new genera belonging to Acetobacteraceae and Rhodospirillaceae. Among those bacteria, Burkholderia vietnamiensis and Novosphingobium capsulatum were able to metabolize volatile compounds, such as geraniol to produce 6-methyl-5-hepten-2-one or geranic acid, or 2-phenylethyl acetate to produce 2-phenylethanol. Finally, the growth potential of a range of bacteria isolated from hydrosols and of pathogenic micro-organisms was evaluated, then the anti-microbial activity in nutrient broth and/or in hydrosols of a range of chemical preservatives authorized for food and cosmetic applications was tested.Additional hurdles such as chemical preservatives or aseptic packaging will be necessary to insure microbial stability.

L’obésité est devenue une véritable épidémie mondiale qui résulte principalement de la surnutrition mais peut également avoir une origine iatrogène, par la prise au long cours de glucocorticoïdes (GC). Le but de ce travail a été d’identifier les mécanismes impliqués dans la survenue et dans le développement de l’obésité nutritionnelle et induite par les GC. Le modèle d’obésité induite par un régime hyperlipidique a permis de caractériser des perturbations intestinales associées: une capacité d’absorption des acides aminés élevée, un temps de transit ralenti et une perméabilité intestinale augmentée ainsi qu’une flore intestinale altérée qui pourraient concourir à moduler la balance azotée et énergétique.Parallèlement, le second modèle de diabète et d’obésité cortico-induits a révélé des effets différentiels des GCs selon les dépôts adipeux : une hyperplasie adipocytaire et une invasion précoce des macrophages spécifiquement au niveau viscéral ainsi qu’une polarisation macrophagique distincte entre les dépôts viscéraux et sous-cutanés. L’accumulation des macrophages viscéraux est responsable tout au moins partiellement de l’insulino-résistance induite par les GC. D’autre part, en terme d’homéostasie glucidique, le traitement par GC provoque des réponses différentes sur deux fonds génétiques distincts ce qui s’explique par une adaptation pancréatique souche-dépendante. L’ensemble de ce travail met en exergue différents mécanismes d’adaptation des organes périphériques à l’obésité. / Obesity becomes a worldwide epidemic due to over-nutrition, but also to drug treatments, particularly glucocorticoids (GCs). The aim of this work was to identify the mechanisms involved in obesity induced by high-fat diet or by GCs. High-fat diet-induced obesity model was used to characterize intestinal disturbances: an elevated amino acids absorption capacity, a delayed transit time and an increased intestinal permeability and an altered gut microbiota, which can further modulate nitrogen and energy balance. Meanwhile, GC-induced obesity model revealed differential effects of GCs on fat depots. Adipogenesis and an early increased macrophage infiltration were restricted to visceral adipose tissue with a differential macrophage polarization between visceral and subcutaneous fat pads. Visceral macrophage infiltration was responsible for GC-induced insulin resistance. Moreover, GC exposure resulted in opposite phenotypes of glucose metabolism in two distinct genetic murine backgrounds that could be explained by a strain-dependent pancreatic adaptation. Taken together, our work highlights adaptive mechanisms of peripheral organs during obesity.

La forte prévalence des problèmes digestifs chez les lapins en croissance autour du sevrage, et le taux élevé de mortalité chez les lapines associé à une forte prévalence de femelles ayant un état corporel dégradé pourrait être le témoin d’une discordance entre les apports nutritionnels des animaux et leurs besoins. Nous avons visé, dans le cadre d’une alimentation séparée entre les lapines et leurs lapereaux avant le sevrage, de répondre à deux objectifs complémentaires : i) de mieux comprendre les relations entre les apports nutritionnels, la mise en place de l’ingestion d’aliment, la maturation de l’écosystème caecal, la santé et la croissance des jeunes lapereaux, et ii) d’explorer le lien entre la nature des nutriments apportés au cours du cycle de reproduction et les performances chez les lapines reproductrices. Nous avons observé que dans le cadre d’une stratégie de restriction alimentaire après le sevrage, la distribution, de 18 à 70 jours d’âge, d’un aliment plus riche en énergie (+7% ED), mais contenant un niveau de fibres suffisant, permet d’optimiser la croissance des lapereaux avant et après sevrage,sans pénaliser la santé des lapereaux(1,49% de mortalité). Nous avons aussi montré, que lors de l’application d’une restriction alimentaire après le sevrage, la distribution d’un aliment riche soit en amidon (166 vs 72 g/kg),soit en fibres (173 vs 220 g/kg d’ADF),avant le sevrage conditionne le poids des lapereaux non seulement au moment du sevrage (+7,7%) mais également jusqu’au moment de la vente (2522 vs 2584 g). Enfin, nous avons constaté que le niveau d’ingestion de l’aliment chez les lapereaux au moment de la mise en place de l’ingestion d’aliment solide influence la maturation de l’écosystème caecal. Chez les lapines, notre étude a apporté des résultats mitigés. Nous avons observé peu d’effet sur les performances de reproduction chez les lapines, mais nous avons observé des conséquences importantes sur le bilan énergétique des femelles (-4,94 vs -2,05 MJ), la quantité (3911 vs 3415 g)et la qualité du lait produit. Ce dernier élément a des effets sur la croissance des lapereaux et leur ingestion précoce d’aliment solide (7 vs 9 g/j entre 18 à 25 jours d’âge), ce qui en conséquence affecte leur santé après le sevrage (5,8 vs 1,7 % de mortalité).Cela a été le cas avec l’utilisation d’un aliment riche en lipides (49 g/kg de lipides brute) au début de la lactation.Toutefois, nous avons aussi montré que les coefficients d’utilisation digestive des nutriments sont très différents chez les lapereaux et chez les femelles à différents stades physiologiques. Par conséquent, en l’absence de mesures réelles de la valeur nutritionnelle des aliments sur les femelles elles-mêmes et au stade physiologique considéré, nos estimations des apports nutritionnels et donc l’estimation des bilans peuvent être erronés. Au final, nos résultats suggèrent que la stratégie qui consisterait à valoriser le système d’alimentation séparée pour n’utiliser qu’un seul aliment pour les lapines pendant toute leur vie reproductive pourrait être le meilleur compromis entre simplicité, efficacité et rentabilité. Celui-ci devrait être riche en énergie sous forme d’amidon pour favoriser le maintien de la fertilité et des réserves corporelles sur le long terme. Ce système d’alimentation séparée permettrait aussi chez les lapereaux de limiter les conséquences néfastes d’un changement d’aliment et d’optimiser le compromis entre performances de croissance et de santé par l’introduction d’un aliment plus riches en énergie et en protéine mais avec un niveau de fibres suffisant dans le cadre d’une restriction alimentaire après le sevrage. Mieux comprendre l’adaptation digestive et la gestion des priorités métaboliques au cours du cycle de reproduction chez la femelle ainsi que la relation entre ingestion précoce et maturation de l’écosystème caecal chez le jeune lapereau sont des perspectives de recherche intéressante à nos travaux. / The high prevalence of digestive problems in growing rabbits around weaning and the high rate of mortality in rabbit does associated with a high prevalence of does having a degraded body condition can contest to a mismatch between the nutritional intake of animals and their needs. This thesis aimed, through the use of a separate feeding system between rabbits does and their kits before weaning, to respond to two complementary objectives: i) to better understand the relationship between nutrient intake, the establishment of solid feed intake, the maturation of the cecal ecosystem, and the health and growth of young rabbits, and ii) to explore the relationship between the nature of nutrients provided throughout the reproduction cycle and performance in breeding does. We observed that in the context of a feed restriction strategy after weaning, the distribution, from 18 to 70 days of age, of a more energy-rich feed (+7% DE), but containing sufficient level of fiber, optimizes young rabbit growth before and after weaning, without compromising their health (1.49% mortality). We also showed that when a feed restriction plan is implemented after weaning, the nutritional strategy used before weaning, the distribution of a feed either rich in starch (166 vs 72 g/kg) or in fiber (173 vs 220 g/kg ADF), conditions the weight of growing rabbits not only at weaning (+7.7%) but also at the time of sale (2522 vs 2584 g). Finally, we found that the solid feed intake level of rabbit kits at the establishment of solid feed intake influences the maturation of the cecal ecosystem. In reproductive does, our study has produced mixed results. We observed little effect on reproductive performances in does, but observed a significant impact on their energy balance (-4.94 vs -2.05 MJ), and the quantity (3911 vs 3415 g) and quality of the milk produced. The latter had an effect on the growth of young rabbits and early ingestion of solid food (7 vs 9 g/day from 18 to 25 days of age), which consequently affects their health after weaning (5.8 vs 1.7% mortality).This was the case with the introduction of a feed rich in fat (49 g/kg crude fat) during early lactation. However, our latest work revealed that, in the absence of actual measurements of the nutritional value of feed using the females themselves and taking into consideration their physiological state, our estimation of nutrient intake, and therefore the estimation of the energy balance may be wrong. Finally, our results suggest that the strategy which introduces the separate feeding system in order to distribute only one type of feed for the rabbit does throughout their reproductive life might be the best compromise between simplicity, efficiency and profitability. The feed used should be rich in energy, in the form of starch, to help maintain fertility and body reserves of the does in the long term. This separate feeding system would also allow the rabbits to limit the negative consequences of a diet change and optimize the trade off between growth performance and health by introducing a richer food energy and protein but with a sufficient level of fiber as part of a feed restriction strategy after weaning. A better understanding of the digestive adaptation and management of metabolic priorities during the reproductive cycle in the female and the relationship between early maturation and ingestion of cecal ecosystem in young rabbit are interesting research perspectives to our work.

La réduction des émissions de méthane (CH 4) des ruminants permet de limiter les impacts environnementaux négatifs de leur élevage et d’améliorer leur efficacité digestive. Dans le rumen, le CH 4 est majoritairement produit par les méthanogènes à partir de l’hydrogène (H 2). La disponibilité de l’H 2 pour ces micro-organismes est réduite en limitant sa production par les protozoaires (via un apport de lipides ou extraits de plantes dans la ration) ou en stimulant des voies utilisatrices d’H 2 compétitives à la méthanogenèse (via un apport alimentaire de nitrate). Aucune étude n’a porté sur l’association de stratégies alimentaires jouant à la fois sur la production et l’utilisation d’H 2 pour diminuer les émissions de CH 4 . Notre objectif était de comprendre l’importance des différentes voies métaboliques de l’H 2 dans le rumen. Nous avons émis l’hypothèse que manipuler simultanément la production et l’utilisation de l’H 2 permet une diminution plus importante des émissions de CH 4 plutôt que d’agir sur un seul niveau. Nos résultats expérimentaux ont montré l’additivité de l’association lipides du lin-nitrate sur la méthanogenèse des bovins. Cet effet était persistant mais non bénéfique pour les performances digestives et laitières des animaux. L’association saponine de thé-nitrate n’a pas été efficace pour réduire les émissions de CH 4 car l’effet dépressif de la saponine sur les protozoaires n’a pas été observé. Cette thèse ouvre la possibilité d’étudier le potentiel anti-méthanogène de nouvelles associations de stratégies alimentaires ayant des mécanismes d’action différents dans le rumen. Les conditions d’utilisation de ces stratégies en élevage devront être délimitées, et leur rentabilité prouvée, pour être acceptées par l’éleveur. / Reduction of methane (CH 4) emissions from ruminants may limit the negative environmental impacts of their breeding and may improve their digestive efficiency. In the rumen, CH 4 is mainly produced by methanogens from hydrogen (H 2). Hydrogen availability for these micro-organisms is reduced by limiting its production by protozoa (via lipids or plants extracts supplementation in diets) or by stimulating pathways competing with methanogenesis for H 2 consumption (via nitrate supplementation in diets). No study tested association of dietary strategies acting on both H 2 production and consumption to reduce CH 4 emissions. Our objective was to understand the importance of the different H 2 metabolic pathways in the rumen. We assumed that simultaneous manipulation of H 2 production and consumption reduces CH 4 emissions to a higher extent than acting on a single pathway. Our experimental results showed the additive CH 4 -mitigating effect of the association lipids from linseed-nitrate supplemented to bovine. This effect was persistent but not beneficial for digestive and lactating performances of animals. The association tea saponin-nitrate was not efficient to reduce CH 4 emissions, as the depressive effect of saponin towards protozoa has not been observed. This PhD thesis opens the possibility to study the anti-methanogenic potential of new association of dietary strategies having different mechanisms of action in the rumen. Conditions of use of these strategies at the breeding scale will have to be delineated, and their cost effectiveness proved to be accepted by farmers.

Dans le contexte de l'antibiorésistance, l'objet de ce doctorat vise à évaluer l'impact d'antibiotiques sur le microbiote intestinal de porcelets. La colistine et le ceftiofur, pour lesquels les résistances incluent essentiellement et respectivement mutations chromosomiques et gènes plasmidiques, ont été utilisés. La colistine a significativement réduit la population des entérobactéries, mais aucun E. coli résistant n'a été détecté. L'administration de ceftiofur a eu un impact limité sur les populations bactériennes composant l'écosystème digestif mais a conduit à une forte sélection et à la diffusion d'un gène plasmidique codant pour une bêta-lactamase à spectre étendu. Puis, dans le cadre de la réglementation visant à diminuer l'expérimentation animale, un modèle in vitro colique porcin, nommé PigutIVM, a été mis au point afin de simuler l'environnement digestif du porcelet et a permis de confirmer, in vitro, l'effet observé in vivo de la colistine sur le microbiote. Cet outil a ensuite été utilisé pour évaluer l'impact d'un probiotique, Saccharomyces cerevisiae, comme alternative aux antibiotiques. Le modèle PigutIVM devrait se positionner comme un outil de prédiction pertinent dans les domaines d'investigation aussi bien nutritionnels que pharmacologiques. / In the context of antibiotic resistance, the aim of the current PhD work is to assess the impact of antibiotics on intestinal microbiota of piglets. Two antibiotics i.e. colistin and ceftiofur, for which the main resistances include respectively chromosomal mutations and plasmid genes have been used. Colistin significantly reduced the population of Enterobacteriaceae, but there was no selection of resistant E. coli. The administration of ceftiofur had a limited impact on the bacterial populations that make up the digestive ecosystem but it led to strong selection and dissemination of a plasmid gene encoding an extended-spectrum beta-lactamase. Then, in the framework of regulations to reduce animal testing, an in vitro model of colonic pig named PigutIVM was developed in order to simulate the digestive environment of the piglet and then check the effect of colistin on the microbiota simulated in PigutIVM in vitro. Therefore both the approaches i.e. in vivo and in vitro were compared in order to check the effect of colistin on intestinal microbiota of piglets. This tool was then used to evaluate the impact of a probiotic i.e. Saccharomyces cerevisiae, as alternative to antibiotics. Therefore we assume that this PigutIVM model should be positioned as a relevant predictive tool in the fields of nutritional and pharmacological investigations.

La fermentation des fibres alimentaires est l’une des fonctions majeures du microbiote intestinal humain. Les bactéries fibrolytiques synthétisent un grand nombre d’enzymes, appelées Glycoside Hydrolases (GH), indispensables à la déconstruction de la grande variété structurelle des polysaccharides pariétaux que nous ingérons. Au cours de ce travail, nous avons exploré, grâce à une approche de métagénomique fonctionnelle, l’organisation et les propriétés des systèmes enzymatiques bactériens impliqués dans la dégradation des glycanes de parois végétales dans l’intestin humain.En premier lieu, nous avons cherché à déterminer si les bactéries de la muqueuse iléale étaient capables de dégrader les fibres pariétales dans un contexte sain. Cette fonction étant généralement décrite pour le microbiote colique par extrapolation de travaux menés à partir de selles humaines, nos connaissances de la dégradation des fibres dans la partie haute du tractus digestif sont donc très limitées. Un total de 20 000 clones issus du métagénome bactérien d’une partie saine de la muqueuse iléale d’un individu a été criblé pour des activités de dégradation de la carboxymethylcellulose et du xylane, deux substrats modèles des polysaccharides pariétaux. Douze clones métagénomiques positifs nous ont permis de mettre en évidence un arsenal de gènes bactériens codant pour des GH et d’autres protéines impliquées dans le métabolisme des fibres alimentaires dont certains organisés en PUL (Polysaccharide Utilization Loci), des clusters de gènes spécialisés dans la dégradation des polysaccharides complexes. Ces gènes proviennent de chromosomes bactériens assignés au genre Bacteroides ou à des espèces de Clostridiales, et codent pour des enzymes capables de dégrader également des β-glucanes à liaisons mixtes. L’étude de la prévalence de ces gènes dans les métagénomes de référence indique que plusieurs d’entre eux proviendraient de souches bactériennes plutôt spécifiques de la muqueuse iléale. De plus, certaines enzymes présentent des propriétés inédites potentiellement intéressantes dans le domaine biotechnologique. Nos recherches ont donc permis de revisiter la fonction fibrolytique du microbiote intestinal chez l’Homme et de proposer une localisation de cette fonction dès l’intestin grêle.Dans un second temps, en utilisant une approche méthodologique similaire, nous avons étudié la capacité du microbiote fécal d’un individu obèse à dégrader des polysaccharides pariétaux complexes, en général moins consommés par les individus obèses. Au total, nous avons identifié 50 clones appartenant à 14 espèces bactériennes des phyla suivants : Bacteroidetes, Firmicutes et Actinobacteria. Les inserts métagénomiques portent des gènes codant pour différentes familles de GH, impliquées dans la dégradation des polysaccharides d’intérêt. Les premières analyses de la prévalence de ces gènes chez plus d’une centaine d’individus (obèses ou non), par interrogations des catalogues de gènes microbiens de référence, suggèrent des associations avec le statut phénotypique « obèse ». / Among the crucial functions of the intestinal microbiota, extracting energy from food such as dietary fibres is of major importance. Facing the huge diversity of incoming complex carbohydrates, the fibrolytic bacteria synthesize a set of diversified Carbohydrate-Active Enzymes (CAZymes) including Glycoside Hydrolases (GH) that specifically disrupt complex polysaccharides. Here, using functional metagenomic approaches, we explored the organization and properties of bacterial enzymatic systems involved in the breakdown of plant cell wall (PCW) glycans in the intestinal tract.Firstly, we investigated the capacity of the microbiota associated to the human ileum mucosa to degrade complex non-starch polysaccharides in a healthy context. This function has never been investigated in this part of the intestine, but it has been rather associated to microorganisms inhabiting the colon, due to more accessible fecal samples. Using a fosmid library derived from a healthy part of the human ileal mucosa, we screened 20,000 metagenomic clones for their activities against carboxymethylcellulose and xylan chosen as models of the major PCW polysaccharides from dietary fibres. Twelve positive clones revealed a broad range of CAZyme encoding genes from Bacteroides to Clostridiales species, as well as Polysaccharide Utilization Loci (PUL). Functional GH genes were identified and break-down products examined from different polysaccharides including mixed-linkage β-glucans. Revealed CAZymes and PUL were also examined for their prevalence in human gut microbiomes. Part of them belongs to unidentified strains rather specifically established in the ileum. Others were enzymes unclassified in identified GH families or with original properties addressing novel candidates for biotechnological applications. Thus, we evidenced for the first time that the ileal mucosa associated-microbiota encompasses the enzymatic potential for PCW complex polysaccharide degradation that might start in the small intestine.In a second time, by using the same methodology, we harvested the enzymatic capacities of the fecal microbiota from an obese person to disrupt complex polysaccharides from dietary fibres usually consumed in lower quantity in obese people. This study aimed at examining the links between genes encoding enzymes specifically dedicated to PCW complex carbohydrates and the obese phenotypic status using reference microbial gene catalogs. We screened a fecal metagenomic library from an obese individual on representative PCW substrates and identified 50 clones belonging to 14 different species from the Bacteroidetes, Firmicutes and Actinobacteria phyla. The metagenomic inserts harbor genes encoding enzymes from GH families specific from complex carbohydrate degradation. First querying of the prevalence of these genes in hundreds individuals (obese and control), using catalogs of reference microbial genes, suggest associations with the "obese" phenotypic status.

La maladie alcoolique du foie (MAF) regroupe l’ensemble des lésions qui apparaissent suite à une consommation excessive et chronique d’alcool. A consommation d’alcool égale, les patients n’évolueront pas tous vers les formes sévères de la maladie. Le microbiote intestinal est un cofacteur déterminant dans la sévérité de la MAF. Parmi les métabolites fécaux entre des souris recevant le microbiote intestinal de patients avec des lésions sévères ou non, les acides biliaires ont été identifiés comme les plus discriminants. Le récepteur aux acides biliaires TGR5, exprimé sur les cellules de Kupffer, favorise leur profil anti-inflammatoire.Nous avons évalué l’impact du récepteur TGR5 dans la MAF chez des souris déficientes pour ce récepteur. La déficience en TGR5 aggrave la MAF, sans passer par une modulation de la cellule de Kupffer. C’est en fait le microbiote intestinal qui est impacté chez les souris déficientes pour TGR5, et qui médie cette aggravation.Par ailleurs, afin de moduler le microbiote intestinal au cours de la MAF, nous avons évalué le rôle de la pectine, qui favorise la croissance de certaines bactéries et peut chélater les acides biliaires. Malgré ses propriétés chélatantes, ce sont bien les modifications du microbiote intestinal induites par la pectine qui jouent un rôle protecteur et curatif dans la MAF.Ces différentes études devraient permettre d’identifier des cibles thérapeutiques potentiellement applicables chez des patients alcooliques et basées sur la modulation du microbiote intestinal. / Alcoholic liver disease (ALD) includes all the liver injuries occurring as a result of excessive and chronic alcohol consumption. Nevertheless, among heavy drinker, only a subset of individuals will develop severe liver injury. Intestinal microbiota was identified as a major player in the mechanisms involved in ALD. Moreover, bile acids were the most discriminant faecal metabolites between mice with or without liver injury. The bile acids receptor TGR5, which is expressed on Kupffer cells, promotes their anti-inflammatory profile.We assessed the role of bile acids receptor TGR5 in ALD using TGR5-deficient mice. TGR5-deficiency worsens ALD, but without modulating the Kupffer cells profile. However, intestinal microbiota is impaired in TGR5-deficient mice, and this is responsible for ALD worsening.Furthermore, in order to modulate the intestinal microbiota during ALD, we assessed the role of pectin, which is known to promote the growth of certain bacteria and that is a bile acids sequestrant. Despite its sequestrant properties, pectin-induced changes in intestinal microbiota play a protective and curative role in ALD.These studies will allow the identification of new therapeutic targets that could be used for alcoholic patients, using intestinal microbiota modulation.

Au cours des dernières années, l’immunothérapie a révolutionné le paysage en oncologie. L’anti-CTLA-4 a montré son efficacité sur la survie globale des patients atteints de mélanome métastatique. Cependant, ce traitement présente des limites à son utilisation telles que l'efficacité clinique obtenu chez seulement 20% des patients et la survenue fréquente de colites pouvant être sévères. La recherche de biomarqueurs prédictifs de réponse clinique et/ou de développement de toxicité devient maintenant un enjeu majeur pour sélectionner les patients pouvant avoir un bénéfice à l’utilisation de ces traitements. En partant de l’observation que les colites induites par l’anti-CTLA-4 présentent des similitudes avec les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin, nous avons émis l’hypothèse de l’existence d’un microbiote intestinal associé à une dysrégulation du système immunitaire pouvant prédire la réponse clinique et/ou la survenue d’une colite induite par l’anti-CTLA-4. Nous avons montré dans une cohorte de patients atteints de mélanome métastatique et traités par ipilimumab, qu'un microbiote intestinal enrichi en Faecalibacterium et autres Firmicutes est associé à une meilleure survie globale et sans progression ainsi qu'un risque accru de développer une colite. Les patients avec une flore enrichie en Firmicutes présentent également après traitement par ipilimumab, une activation lymphocytaire plus efficace. Par la suite, nous nous sommes intéressés aux métabolites issus du microbiote fécal et leur implication dans la réponse à l'anti-CTLA-4. Le butyrate est le principal métabolite produit par les Firmicutes. Nous avons observé chez la souris, une inhibition de l'efficacité anti-tumorale de l'anti-CTLA-4 lorsqu'elles étaient supplémentées en butyrate. In vivo, nous avons montré que le butyrate inhibe la surexpression sur les cellules dendritiques, des molécules CD80 et CD86 (molécules B7) induite par l'anti-CTLA-4. Cette immaturité des cellules dendritiques entraine un défaut d'activation des lymphocytes T spécifiques d'antigènes dépendant de l'axe CD28/B7 réduisant ainsi l'efficacité anti-tumorale. Chez l'Homme, nous avons valider cette hypothèse en montrant qu'une concentration sérique élevée en butyrate est associée à une diminution de la survie globale et sans progression comparativement aux patients avec un faible niveau de butyrate sérique.Ces travaux mettent en évidence le lien entre la composition du microbiote et les réponses immunologiques au blocage du CTLA-4. Ils apportent une explication sur un lien indirect via le butyrate entre la composition du microbiote intestinal et la réponse anti-tumorale aux immunothérapies. / In the last years, immunotherapy has revolutionized the landscape in oncology. The efficacy of anti-CTLA-4 has been demonstrated by improving overall survival of patients with metastatic melanoma. However, this treatment has limitations to its use such as the clinical efficacy obtained in only 20% of patients and the high incidence of severe colitis. Predictive biomarkers of clinical response and / or toxicity development are mandatory for a better selection of patients who will benefit from this treatment. Based on the observation that anti-CTLA-4-induced colitis has similarities with inflammatory bowel disease, we hypothesized that the gut microbiota associated with dysregulation of the immune system may predict the clinical response and / or occurrence of anti-CTLA-4-induced colitis.In a cohort of patients with metastatic melanoma treated with ipilimumab, we have shown that a gut microbiota enriched with Faecalibacterium and other Firmicutes is associated with a better of overall and progression-free survival as well as an increased risk of developing colitis. Firmicutes-driven microbiota is also associated with an improvement in lymphocyte T activation after ipilimumab treatment. Subsequently, we were interested in microbial metabolites and their involvement in the clinical response to anti-CTLA-4. Butyrate is the main metabolite produced by the Firmicutes. In mice, we observed an inhibition of anti-tumor effect of anti-CTLA-4 in butyrate-supplemented mice. In vivo, we have shown that butyrate inhibits the overexpression on dendritic cells, of CD80 and CD86 molecules (B7molecules) induced by anti-CTLA-4. This immaturity of the dendritic cells leads to a poor signaling of CD28 / B7 axis and activation of antigen-specific T-cells, thereby reducing anti-tumor efficacy. In humans, we validated this hypothesis by showing that a high serum concentration of butyrate is associated with decreased overall and progression-free survival compared to patients with low serum butyrate levels.This studie highlights the link between the composition of gut microbiota and the immunological responses to CTLA-4 blockade. They provide an explanation of an indirect link via butyrate, between the composition of the gut microbiota and the anti-tumor response to immunotherapies.

Les douleurs abdominales chroniques, souvent associées à une hypersensibilité viscérale d’origine colique (HSVC), sont l’un des symptômes majeurs constatés lors du syndrome de l’intestin irritable (SII). Le SII est une colopathie chronique fonctionnelle touchant environ 11% de la population mondiale et altérant significativement la qualité de vie des patients. L’étiologie multifactorielle de cette pathologie rend la physiopathologie complexe. Les gastroentérites infectieuses ont été décrites comme l’un des facteurs de risque dans le développement du SII-post-infectieux (SII-PI). Le SII-PI survient en effet dans 4 à 31% des cas suite à une gastroentérite aigüe d’origine bactérienne, virale ou parasitaire. Ces infections peuvent avoir de nombreuses répercussions et en particulier sur l’intégrité de la barrière épithéliale intestinale, le système immunitaire ou encore sur le microbiote intestinal. Par ailleurs, suite à une infection parasitaire, le risque de développer un SII est de 40% contre seulement 14% suite à une infection bactérienne.Blastocystis est le parasite intestinal le plus fréquemment retrouvé chez l’Homme. Néanmoins, malgré de récentes études épidémiologiques rapportant une plus forte prévalence de ce parasite chez les patients atteints de SII, son rôle en santé humaine reste débattu. De plus, d’autres études rapportent que les individus porteurs de ce parasite présentent des douleurs abdominales et sont atteints d’une dysbiose intestinale. Actuellement, l’absence d’un modèle animal d’infection par Blastocystis reproductible ne permet pas d’étudier les mécanismes physiopathologiques liés à l’infection et donc d’explorer la contribution éventuelle de ce parasite dans le SII.Les objectifs de ce travail de thèse étaient tout d’abord de mettre en place un modèle murin d’infection expérimentale par Blastocystis pour dans un deuxième temps évaluer si ce parasite est capable d’induire une HSVC et une dysbiose intestinale avec l’objectif d’établir un nouveau modèle de SII d’origine infectieuse chez le rat. Pour répondre au premier objectif, le pouvoir infectieux de différents sous-types et différentes formes du parasite (formes vacuolaires ou kystes), isolés de cultures axéniques ou purifiés à partir de selles de patients et d’animaux a été évalué chez des animaux de laboratoire (rats et souris). Nous avons ainsi réussi à établir un modèle reproductible d’infection chronique par Blastocystis chez le rat de laboratoire à l’aide de kystes purifiés à partir de selles humaines.L’utilisation de ce modèle in vivo, nous a permis de mettre en évidence que le sous-type 4 (ST4) de Blastocystis induit une HSVC sans origine inflammatoire chez les rats expérimentalement infectés. De plus, les animaux développent un comportement type anxio-dépressif corrélé à l’HSVC. La dysbiose intestinale associée à l’infection se caractérise par une augmentation de la richesse bactérienne et une diminution du ratio Firmicutes/Bacteroidetes. Par ailleurs, nous avons corrélé l’HSVC à l’augmentation de l’abondance relative du genre Bacteroides et la diminution de l’abondance relative de la famille des Clostridiaceae, bactéries productrices d’acides gras à chaine courte (AGCC). Une diminution des taux d’AGCC fécaux a d’ailleurs été constatée chez les rats infectés. De plus, nous avons mis en évidence une augmentation de l’activité de protéases à sérine dans les fèces des animaux infectés pouvant expliquer l’HSVC.Ces données suggèrent qu’une infection gastro-intestinale par Blastocystis serait associée à une hypersensibilité viscérale d’origine colique (HSVC) et à un déséquilibre de la flore intestinale (dysbiose). Ainsi, ce nouveau modèle d’infection pourrait être un bon modèle de SII d’origine infectieuse et pourrait donc contribuer à un meilleur diagnostic et au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques pour des pathologies chroniques de l’intestin chez certains individus. / Chronic abdominal pain often associated with colonic hypersensitivity (CHS) is one of the major symptoms of irritable bowel syndrome (IBS). IBS is a functional chronic disorder affecting ~11% of worldwide population and disturbing patients’ quality of life. Etiology is multifactorial and thus pathophysiology is complex and remains poorly understood. Infectious gastroenteritis has been described as one of the risk factors for development of post-infectious IBS (PI-IBS). PI-IBS can occur in 4-31% of patients following acute gastroenteritis of bacterial, viral or parasitic origin. Numerous studies support a role for pathogen-mediated modifications in the resident intestinal microbiota, epithelial barrier integrity and immune activation in PI-IBS. Interestingly, the risk of IBS is highest with protozoal enteritis, with ~40% of individuals developing IBS against ~14% following bacterial infection. Blastocystis is the most common intestinal parasite found in human intestinal tract. Nevertheless, clinical relevance remains controversial, despite recent epidemiological studies showing a higher prevalence of this parasite in IBS patients. Interestingly, studies report that individuals carrying Blastocystis display abdominal pain and intestinal dysbiosis. Currently, the lack of reproducible animal model of Blastocystis infection does not allow to study the pathological mechanisms related to infection and thus to explore the potential contribution of this parasite in IBS.The aims of this study were first to develop a murine model of Blastocystis infection and then to investigate whether this parasite could lead to the development of intestinal dysbiosis associated CHS with the aim of developing a new PI-IBS rat model.The first aim was to evaluate the infectivity of different parasitic subtypes and stages (vacuolar and cystic forms) isolated from axenic cultures or purified from human or animal feces, into laboratory animals (rats and mice). Interestingly, we succeeded in the development of a reproducible model of chronic infection by Blastocystis in laboratory rats using cysts purified from human stool.Using this animal model, we found that Blastocystis ST4 induced non inflammatory CHS in infected rats. In addition infected rats developed anxiety- and depressive-like behavior correlated with CHS. Infection associated intestinal dysbiosis was characterized by increased bacterial richness and decreased Firmicutes/Bacteroidetes ratio. Interestingly, we correlated CHS with the increase in the relative abundance of genus Bacteroides and the decrease in the relative abundance of the family Clostridiaceae, some bacteria producing Short Chain Fatty Acids (SCFAs). Indeed, fecal SCFAs levels were decreased in infected rats. These decreases were correlated with the relative abundance of genus Oscillospira which was also described increased in Blastocystis individual carriers. In addition, we have demonstrated an increase in fecal serine protease activity in infected animals that may explain development of CHS.These data suggest that a gastrointestinal infection with Blastocystis may be associated with the establishment of intestinal dysbiosis associated CHS. Thus, this new infectious model could be a good model of PI-IBS and could therefore contribute to a better diagnosis and development of new therapeutic strategies for chronic bowel diseases.