Le microbiote digestif, composé de 1012 à 1014 bactéries par gramme de selle, est dominé par les bactéries anaérobies. Ces dernières, qui dépassent largement les aérobies, ont été découvertes en 1865 par Louis Pasteur dans ses travaux sur la fermentation. Les bactéries anaérobies représentent un intérêt médical particulier par leur implication dans les maladies infectieuses et métaboliques. Les anaérobies sont caractérisés par leur difficulté à être cultivés, car nécessitant une absence ou des concentrations faibles d’oxygène. Ainsi les connaissances sur ces microorganismes étaient limitées. Cependant, avec l’avènement des outils de biologie moléculaire notamment le séquençage à haut débit et le concept culturomics associé à l’identification par spectrométrie de mass MALDI-TOF, la connaissance des microorganismes anaérobies a été accentuée. Dans ce travail, nous nous sommes attelés dans un premier temps à la mise au point d’un milieu de culture efficace pour la culture des bactéries anaérobies et les tests d’activités antimicrobiennes. Nous avons montré dans un deuxième temps que culturomics, associé au MALDI-TOF, était un outil puissant dans l’identification des bactéries anaérobies en microbiologie clinique, mais également dans l’exploration de la diversité microbienne du tube digestif. Cette technique nous a permis d’isoler 19 nouvelles espèces de bactéries anaérobies dont 9 ont été décrites dans la troisième partie de ce travail. / The human gut microbiota is known to contain around 1012 to 1014 bacteria per gram of feces, with the majority being anaerobic. The latters were first discovered in 1865 by Louis Pasteur while working on fermentation. Anaerobic bacteria are known to play an important role in health and diseases and thus have taken a lot of attention in the medical field, especially in infectiousdiseases and metabolism. These bacteria are known for its sophisticated culture system because its growth requires little to no oxygen. Nevertheless, few is known about these type of microorganisms but with the advancement of molecular biology and sequencing techniques, its study became wider. Culturomics, is a recently developed culture-based approach that relies on optimizing culture conditions for bacterial growth and its identification by MALDI-TOF MS and 16S rRNA sequencing. The present work aims to create and optimized culture condition for anaerobic bacteria along with testing its anaerobic activities. Also, we aim to demonstrate the efficiency of Culturomics and MALDI-TOF in culturing, identifying and describing anaerobic bacteria in clinical microbiology and in the human gut. This approach allowed us to isolate 19 new anaerobic species out of which 9 has been described in this work.Keywords: Human gut microbiota, culture of anaerobic bacteria, culturomics, MALDI-TOF.

L’exposition aux polluants environnementaux a été associée à de nombreux désordres métaboliques, immunitaires et reproductifs ainsi qu’à divers cancers. De plus en plus de travaux, indiquent que le microbiote intestinal, qui joue un rôle majeur dans l’immunité et le métabolisme de l’hôte, interagit avec les xénobiotiques dont les polluants organiques persistants (POPs) et les contaminants néoformés dans les aliments. Cette interaction peut avoir des conséquences toxicologiques importantes via la modification des fonctions du microbiote intestinal mais également via la métabolisation des xénobiotiques, entraînant une potentielle altération de l'homéostasie de l'hôte. Dans le cadre de cette thèse, nous avons démontré, en modèle in vitro, qu’une exposition aigüe du microbiote intestinal humain au benzo[a]pyrène (hydrocarbure aromatique polycyclique) a entraîné une altération des fonctions du microbiote intestinal au niveau du volatolome et du métatranscriptome microbien. Cependant, dans nos conditions expérimentales, aucun impact sur la structure microbienne n'a été observé. L’Homme étant continuellement exposé à un panel de composés chimiques environnementaux, nous avons par la suite étudié l'impact de divers POPs et produits néoformés dans les aliments sur le microbiote intestinal humain. Des familles de gènes ainsi que des composés volatiles microbiens ont été identifiés comme altérés après l’exposition, conduisant à une perturbation de l'activité microbienne. Nous avons finalement démontré que l'interaction microbiote-polluant pourrait conduire à l'établissement d'un état pro-inflammatoire modéré dans l'intestin avec une libération de cytokine IL-8 par les cellules épithéliales intestinales. Ces résultats appuient le concept émergent selon lequel les contaminants alimentaires pourraient altérer les activités du microbiote intestinal. / Exposure to environmental pollutants has been associated with various life-threatening disorders, including dysregulation of the immune and reproductive systems, metabolic diseases and various cancers. Growing evidences indicate that the gut microbiota, which plays major roles in host metabolic and immune functions, interacts with xenobiotics including persistent organic pollutants (POPs) and foodborne chemicals. The toxicological relevance of the gut microbiota-pollutant interplay is of great concern for the host since the chemicals may disrupt the gut microbiota functions leading to a potential impairment of the host homeostasis. During this PhD thesis, we demonstrated that in vitro acute exposure of the human gut microbiota with benzo[a]pyrene (polycyclic aromatic hydrocarbon) led to an impairment of the gut microbiota functions with a specific shift of the microbial volatolome and metatranscriptome. However, in our experimental conditions, no impact on the microbial structure was observed. Since humans are exposed to a wide range of environmental chemicals we investigated the impact of various POPs and foodborne chemicals on the human gut microbiota. We identified microbial volatiles and gene families that shifted after this exposure leading to an imbalance of the microbial activity. Furthermore, we demonstrated that the interaction between the pollutants and the gut microbiota lead to a significant release of pro-inflammatory IL-8 cytokine by the intestinal epithelial cells which may contribute to the establishment of a low-grade inflammatory state in the gut. All together, these data support the emerging concept that food pollutants could alter the gut microbiota activities.

La fusariose des épis est une maladie affectant les grains de céréales, et particulièrement le blé. Elle est provoquée par des champignons du genre Fusarium spp. Les conséquences sur les cultures menacent directement les rendements et la qualité sanitaire des récoltes compte tenu de la capacité de ces champignons à produire des mycotoxines. Parmi les membres du complexe fusarien, Fusarium graminearum est l’espèce la plus fréquemment incriminée. En Bretagne, les exploitations agricoles sont particulièrement menacées par cette maladie. En effet, le climat de la région est favorable à son développement et les exploitants produisant tout ou partie de leurs aliments à la ferme privilégient des rotations céréalières avec un retour fréquent de maïs et de blé, ce qui accroît les risques. À ce jour, la lutte contre la fusariose des épis repose sur une gestion des résidus des récoltes, principale source d’inoculum primaire de F. graminearum, ainsi que sur des traitements fongicides au moment de la floraison. Le contexte socio-économique et le manque d’efficacité de ces méthodes nécessitent de trouver de nouvelles alternatives s’inscrivant dans la durabilité. Le premier objectif de ce travail était donc de mettre en place, d’évaluer et d’optimiser une stratégie de biocontrôle visant à réduire l’inoculum primaire de F.graminearum afin de diminuer la pression de la maladie au champ et ses conséquences sur les cultures. Des essais en microcosmes et au champ ont été mis en place dans ce but. Bien que l’agent de biocontrôle permettait de limiter le développement de F. graminearum dans des sols autoclavés, son efficacité était amoindrie dans des sols non-autoclavés, du fait des interactions avec le microbiote de ces sols. Dans un second temps, la diversité et la structure des communautés microbiennes telluriques de parcelles agricoles bretonnes ont été étudiées via une approche de metabarcoding. Nous avons mis en évidence que la diversité et l’abondance des communautés microbiennes d’un sol contribuent largement à diminuer l’inoculum primaire de F. graminearum et que ce microbiote est influencé par les pratiques agronomiques, climatiques et physico-chimiques. Enfin, l’étude a révélé une relation possible entre l’abondance de certains genres bactériens et la diminution de l’inoculum primaire de F. graminearum. Ce travail conduit à envisager les micro-organismes telluriques comme un levier agronomique permettant de réduire l’incidence de F. graminearum dans les cultures céréalières. / Fusarium Head Blight (FHB) is a devastating disease for cereals, and for wheat in particular, threatening both crop yields and quality, given the ability of Fusarium spp. to produce mycotoxins. Among the Fusarium species complex, Fusarium graminearum is the most common causal agent of the disease. The incidence of FHB in Brittany (France) can be particularly high. Indeed, the agronomic practices include cereal rotations with frequent wheat and maize crops which increase the risk of FHB. Moreover, the climate favors the pathogen development.Currently, appropriate management of the residues, on which F. graminearum grows saprophytically, and the use of fungicide treatments at flowering constitute the two main ways to manage FHB. However, these strategies do not always guaranty an appropriate crop protection. The low and variable efficacy of these methods, combined to the socio-economic pressures, urge to find effective and sustainable alternatives. In this context, the first objective of this work was to develop, evaluate and optimize a biocontrol strategy aiming to reduce F. graminearum primary inoculum in soils, and thus reduce FHB risk for the crops, using both laboratory and field experiments. Although the biocontrol product was able to limit the pathogen growth in autcolaved soils, its efficacy was reduced when taking the interactions with the soil microbiota into account. The diversity and the structure of soil microbial communities were then studied for 31 agricultural fields using a metabarcoding approach in order to highlight the influence of climatic conditions, agronomic practices and soil physicochemical factors. Metabarcoding analysis revealed the importance of diversity and abundance of the soil microbial communities to reduce F. graminearum primary inoculum. This microbiota was also found to be influenced by agronomic practices and physico-chemical factors. Finally, the abundance of specific bacterial genera was related to the reduction of F. graminearum primary inoculum. Outcomes of this work highlight the importance of the soil biological activity and suggest that a manipulation of the soil microbial communities might lead to a better FHB management.

Le système immunitaire muqueux, et plus particulièrement les réponses intestinales IgA sont essentielles non seulement à la défense contre les agents pathogènes, mais aussi au façonnement de la flore intestinale commensale. Dans les modèles murins de déficit en IgA, on observe une dysbiose intestinale majeure associée à une inflammation muqueuse, réversibles après restauration des IgA. Le but de ce travail est de décrire l'impact de l'absence d'IgA chez l'homme sur la composition du microbiote intestinal ainsi que ses conséquences locales et systémiques. L'étude comparative par analyse métagénomique des selles de 17 sujets déficitaires en IgA et de 34 donneurs sains retrouve l'absence de différence majeure en termes de répartition des phyla dominants, de diversité et de richesse génique bactériennes entre les deux groupes. En revanche, en analysant à l'échelon des espèces, on observe dans le déficit en IgA une surreprésentation d'espèces pro-inflammatoires et une sous-représentation d'espèces anti-inflammatoires. En outre, en l'absence d'IgA, nous observons la présence de réponses IgM qui opsonisent partiellement les genres ciblés par l'IgA, mais semblent maintenir la diversité au sein des Actinobactéries. Les patients présentent un biais phénotypique lymphocytaire T circulant (TH17) associé à des stigmates de translocation bactérienne. Enfin, l'absence d'IgA s'associe à une perturbation du réseau bactérien minimal "obligatoire". Ces résultats suggèrent que le déficit en IgA humain s'accompagne d'une dysbiose modérée associée à une altération de l'architecture du réseau bactérien induisant une hyperactivation du système immunitaire, malgré la présence de réponses IgM. / IgA responses play a key role in gut mucosa, defending host against pathogens but also shaping the commensal flora. In order to get insights into the specific contributions of IgA to host/microbial symbiosis in humans, we explored patients that lack only IgA, using gut microbial metagenomics and systems immunology. Microbiota composition was compared between 34 healthy controls and 17 selective IgA deficiency (sIgAd) patients. Contrary to what was observed in murine models of IgA deficiency, we show that human sIgAd is not associated with massive perturbations of gut microbial ecology, regarding phyla distribution, bacterial diversity and gene richness. A clear gut microbial signature is however associated to sIgAd: we found 19 over-represented MGS mainly described to be pro-inflammatory, but also 14 under-represented MGS, mainly known to be beneficial. We also explored local consequences of IgA deficiency, particularly whether IgM could replace IgA at host/bacterial interface. Using a combination of bacterial flow sorting and DNA sequencing, we therefore analysed the composition of IgM-coated microbiomes observed in sIgAd. We show that IgM only partially supply IgA deficiency, as not all typical IgA targets can also be opsonized by IgM, but nevertheless contribute to maintain Actinobacteria diversity. IgA deficiency is associated with a skewed circulating CD4+ T cell profile towards TH17, as well as markers of bacterial translocation. Finally, sIgAd is associated with a perturbation of the minimal bacterial network. Altogether our results suggest that human IgA deficiency is associated with a mild dysbiosis associated to systemic inflammation despite the presence of IgM

Selon l'organisation mondiale de la santé, le diabète de type II (DT2), caractérisé par un défaut de contrôle de la glycémie, est une des causes principales de décès dans le monde. Le GLP-1, sécrété par l'intestin après un repas, contribue au contrôle de la glycémie en stimulant la sécrétion d'insuline par le pancréas et en inhibant la vidange gastrique et la prise alimentaire. Ces actions sont principalement médiées par le nerf vague selon un axe intestin-cerveau-organes périphériques, bien que l'hormone puisse aussi agir de manière endocrine directement sur ses organes cibles via son récepteur (GLP-1r). Des stratégies thérapeutiques basées sur le GLP-1 sont donc utilisées pour traiter les patients diabétiques, mais les réponses sont hétérogènes voire inefficaces pour le contrôle glycémique. Les mécanismes moléculaires responsables sont inconnus mais pourraient être en lien avec la modification du microbiote intestinal, élément déterminant dans le développement des maladies métaboliques. Nous avons d'abord montré que des souris rendues diabétiques (régimes riches en graisse) perdent leur sensibilité aux actions hypoglycémiantes du GLP-1 et présentent une neuropathie entérique, une baisse de l'expression du GLP-1r intestinal et vagal et une altération de l'axe intestin-cerveau. De plus, dans les neurones entériques en culture primaire issus de ces souris diabétiques, la production de NO induite par le GLP-1, est diminuée. Tous ces effets sont retrouvés chez des souris axéniques ou traitées aux antibiotiques sous régime normal démontrant l'implication du microbiote. À l'inverse, des souris sous régime gras traitées aux antibiotiques ont une amélioration de l'action du GLP-1. Cette action hormonale intestinale pourrait aussi dépendre du cycle nycthéméral pour lequel nous avons observé une oscillation de la sécrétion d'insuline, de l'expression du GLP-1r et des bactéries intestinales. De plus, les souris contrôles répondent moins bien à l'hormone au cours du jour que de la nuit et les souris diabétiques, axéniques et antibiotiques - modèles résistants au GLP-1 - ont des variations très marquées et communes de l'expression des "clock genes". L'ensemble de ces résultats montre qu'au cours diabète, l'action du GLP-1 est diminuée. Cette diminution peut s'expliquer par une baisse de l'expression neuronale du GLP-1r et une diminution de la voie de signalisation dépendant du NO capable de réguler la sécrétion d'insuline induite par le GLP-1. Le microbiote et/ou la régulation circadienne semblent déterminants dans la sensibilité au GLP-1. / According to the World Health Organisation, Type II Diabetes, characterized by an alteration of glycemic control, causes numerous death around the world. After a meal, gut secretes Glucagon-Like Peptide one (GLP-1) which regulates glycemia by stimulation of insulin secretion and inhibition of gastric emptying and food intake. Although GLP-1 acts as an endocrine hormone on its target organs through the GLP1 receptor, its action is mainly mediated by nervous pathway involving vagus nerve and gut-brain-periphery axis. Thus, GLP-1 based therapies are used to control glycaemia in type 2 diabetic patients, but, efficiency of the treatment is heterogeneous defining a state of GLP-1 unresponsiveness. Molecular mechanisms involved in this unresponsiveness are not known but could be linked to the changes in gut microbiota (dysbiosis), key element in the development of metabolic diseases. We first found that diabetic mice (high fat diet) are unresponsive to hypoglycemic action of GLP-1 and present enteric neuropathy, impaired gut-brain axis and reduction of GLP-1r and neuronal NO synthase expression in the ileum. In addition, GLP-1-induced nitric oxide production in primary neuron culture is decreased. These effects were also found in germ-free or antibiotic-treated mice under normal chow diet, indicating the involvement of gut microbiota. By contrast, high fat diet mice treated with antibiotics show an improvement of GLP-1 action. This gut incretin action could also depend on the circadian cycle for which we observed a wavering of insulin secretion, GLP-1r expression and gut microbiota. Moreover, the GLP-1 response of control mice is better in the day than in the night and the different mice model resistant to GLP-1 (HFD, axenic or antibiotics) present the same marked variations in the expression of major clock genes. Overall our results show that in type 2 diabetes GLP-1 action is lowered and can be explained by decreased neuronal expression of GLP-1r as well as the NO-dependent signaling pathway regulating insulin secretion induced by GLP-1. Microbiota or the circadian clock seems essential in this GLP-1 sensitivity.

Le biofloc est un système d’élevage intensif avec un faible renouvellement d’eau ; ainsi se développe une population diversifiée de micro-organismes (micro-algues, zooplanctons et bactéries) associée à de la matière organique qui forme les floculats. Ces derniers jouent le double rôle de filtre biologique et de complément alimentaire. Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre le fonctionnement de ce système d’élevage et ses interactions avec la crevette Litopenaeus stylirostris. Dans cet objectif général s’inscrit deux objectifs plus spécifiques : (i) mesurer les gains zootechniques apportés par l’élevage en biofloc (ii) étudier les interactions trophiques entre le milieu d’élevage et la crevette en lien avec les performances zootechniques. Nos résultats montrent des gains relatifs de l’élevage en biofloc aux niveaux de la survie, de la croissance, des performances de reproduction des femelles et de la qualité de leur progéniture. Ces meilleures performances s’expliquent par la contribution de la productivité naturelle, estimée entre 37 et 40%, dans l’alimentation de la crevette. Ce complément d’aliment, outre d’être toujours disponible dans le milieu d’élevage, apporte de l’énergie, des nutriments et des molécules bioactives. L’aliment naturel représente une source nutritive de lipides, particulièrement riche en phospholipides et en acides gras polyinsaturés, qui sont essentiels pour la reproduction et le développement des larves en phase de lécitotrophie ; ces lipides sont accumulés dans la glande digestive et les œufs des femelles élevées en biofloc. L’aliment naturel est également une source de glutathion, puissante molécule antioxydante, qui contribue au renforcement du système des défenses anti-radicalaires de la crevette et protège les lipides insaturés de la peroxydation, une cause du stress oxydant. Les bactéries sont prépondérantes dans la productivité naturelle d’un élevage en biofloc et contribuent donc à l’alimentation de la crevette. Aussi, dans le dernier volet de cette thèse, nous avons caractérisé la diversité taxonomique et l’abondance des bactéries du milieu d’élevage et montré son influence sur le microbiote intestinal des crevettes. De façon générale, nous observons une meilleure santé des animaux élevés en biofloc qui se traduit par une régulation positive des gènes impliqués dans l’immunité et les défenses anti-radicalaires après un stress au peroxyde d’hydrogène. Ainsi, les effets positifs de l’élevage en biofloc sur les survies, les croissances et la reproduction ont pour origine le complément d’aliment apporté par la productivité naturelle / Biofloc is an intensive rearing system with zero or minimal water exchange where a diverse population of microorganisms (microalgae, zooplankton and bacteria) develops in association with organic matter to form the floc particles. These particles play the double role of biological filter and dietary supplement. This dissertation aims to better understand the process of this rearing system and its interactions with the Litopenaeus stylirostris shrimp. Two specific objectives were integrated within the framework of this general objective: (i) to measure the production gain from biofloc rearing and (ii) to study the interaction between biofloc environment and shrimp and to assess its role on production performances of shrimps. Thus, our results show production gains of shrimp reared in biofloc in terms of survival, growth, reproductive performances and quality of larvae. This better performance can be explained by the contribution of natural productivity, estimated between 37 and 40%, in shrimp food. This food supplement, constantly available in the environment, provides energy, nutrients and bioactive molecules. The natural productivity represents a source of lipids, in particular of phospholipids and polyunsaturated fatty acids, which were essential for the reproduction and development of larvae during the lecitotrophic stage; these lipids were accumulated in digestive gland and eggs from females reared in biofloc. The natural food is also a glutathione source, a powerful antioxidant molecule, which contributes to strengthen antioxidant defense system of shrimps and protects lipids against peroxidation, a cause of oxidative stress. Bacteria were dominant in natural productivity of biofloc environment and contribute to shrimp food. Thus, in the last part of this dissertation, we characterized the taxonomic diversity and abundance of bacteria in biofloc environment and showed their influence on shrimp intestinal microbiota. Generally, we observed a better health of biofloc resulting in up-regulation of the studied genes involved in immunity and anti-radical defenses after oxidative stress with hydrogen peroxide. The positive effects of biofloc rearing on survival, growth and reproduction originate from food complement provided by natural productivity.

Le développement de l’allergie peut être influencé par le microbiote intestinal qui est impliqué dans la maturation du système immunitaire de l’hôte lors de la colonisation du tractus digestif dès la naissance. L’objectif de mon travail a été d’étudier l’impact du microbiote intestinal sur le développement d’une sensibilisation allergique à des protéines de lait de vache à l’aide d’un modèle de souris BALB/c gnotoxéniques. Dans une première étude, nous avons montré que les souris axéniques (Ax, sans germe) sont plus réactives que les souris conventionnelles (CV) au potentiel immunogénique et allergénique de la β-lactoglobuline (BLG) et de la caséine (CAS), lorsque ces deux protéines sont injectées intrapéritonéalement sans adjuvant. A l’aide d’un autre modèle de sensibilisation par voie orale au lait, nous avons confirmé que les souris Ax développent des réponses IgE contre la BLG plus fortes que celles des souris CV. Les mécanismes de sensibilisation contre la BLG et la CAS sont alors différemment affectés par la présence ou non d’un microbiote intestinal. Par ailleurs, une colonisation tardive du tractus digestif de souris Ax à l’âge de 6 semaines par le microbiote de souris CV induit chez les souris conventionnalisées (CVd) le développement, après sensibilisation, de réponses humorales toujours plus fortes que celles observées chez les souris CV. A l’inverse, une conventionnalisation des souris Ax au moment du sevrage à l’âge de 3 semaines, induit un niveau de sensibilisation plus faible que celui des souris CV. Dans ce cas, des différences de composition du microbiote intestinal entre souris CV et CVd pourraient jouer un rôle dans le faible niveau de sensibilisation des souris CVd. Nous avons enfin évalué l’impact de l’implantation dès la naissance d’une souche de Lactobacillus casei en monoxénie (souris Mx). La réponse humorale contre la CAS, mais pas contre la BLG, est alors significativement plus élevée chez les souris Mx que chez les souris Ax. Ces différentes études suggèrent que l’influence du microbiote sur le développement d’une sensibilisation aux protéines du lait de vache diffère selon les allergènes et selon le mode d’exposition aux allergènes. Ces résultats soulignent également qu’un retard de colonisation du tractus digestif peut perturber durablement la réactivité du système immunitaire à une sensibilisation contre des antigènes alimentaires. / The development of allergic responses can be influenced by the gut microbiota, which critically stimulates the maturation of the host immune system during colonization of the digestive tract at birth. We thus aimed to study the impact of the gut microbiota on the development of an allergic sensitization to cow's milk proteins by using a gnotobiotic BALB/c mouse model. First, we showed that germ-free (GF) mice are more responsive than conventional mice (CV) to the immunogenic and allergenic potential of β-lactoglobulin (BLG) and casein (CAS) when these proteins are injected intraperitoneally without adjuvant. With another model of oral sensitization to cow’s milk, the development of higher BLG-specific IgE responses in GF mice compared to CV mice was confirmed. We also observed that the mechanisms leading to oral sensitization to BLG and CAS are differentially affected by the absence of gut microbiota. Furthermore, a delayed colonization of the digestive tract of 6-week-old GF mice by a conventional microbiota was studied. The conventionalized mice (CVd) still developed, after sensitization, higher antibody responses than those measured in CV mice. In contrast, GF mice conventionnalized just after weaning, at 3 week of age, displayed a level of sensitization lower than that of CV mice. Differences in the gut microbiota composition evidenced between CVd and CV mice could also play a role in the lower level of sensitization of CVd mice. Finally, we evaluated the impact of the neonatal mono-colonization of mice by a strain of Lactobacillus casei. The antibody responses against CAS, but not against BLG, were then significantly higher in mono-associated mice than in GF mice. These studies suggest that the influence of microbiota on the development of sensitization to cow's milk proteins depends on the nature of the allergens and the mode of exposure. These results also underline that delayed bacterial colonization altered persistently the host immune response to oral sensitization against food antigens.

Dans la nature, les relations symbiotiques sont très répandues, et d’une importance écologique fondamentale. Les animaux sont apparus, ont évolué et vivent maintenant constamment associés avec une multitude de micro-organismes. Parmi les différents types de symbioses existantes, celles liant le microbiote et son hôte occupent une place centrale et équilibrée, basée sur des relations commensales ou mutualistes entre les partenaires. Ce microbiote est de plus en plus étudié, notamment en raison du rôle crucial qu’il joue dans la santé animale ainsi que dans le développement de pathologies. Dans cette effort de recherche, Drosophila melanogaster représente un modèle de choix, grâce à la facilité de générer et maintenir des lignées de mouches axéniques, ainsi que de les réassocier avec une communauté microbienne définie.L’association de la drosophile avec l’un des ses commensaux naturels, Lactobacillus plantarum, a permis de révéler l’effet promoteur de croissance de cette bactérie. En cas de carence nutritionnelle, des larves associées avec L. plantarum se développent beaucoup plus rapidement que leurs semblables axéniques. L’ajustement du développement en fonction des conditions environnementales est cependant crucial pour la formation d’un individu à la santé optimale, et dans ce cas les individus grandissent plus vite alors que les conditions nutritionnelles sont pauvres. Nous avons donc cherché à déterminer si ce qui semble être un avantage au stade larvaire pouvait se révéler délétère pour les stades suivants et avoir un effet néfaste sur les mouches adultes. Nous avons montré que L. plantarum est bénéfique pour D. melanogaster tout au long du cycle de vie de la mouche et permet l’émergence précoce d’adultes matures et fertiles sans impact négatif sur leur santé et leurs performances. De plus, dans certaines conditions, cette souche commensale entraîne une augmentation de la durée de vie de mâles nutritionnellement carencés.Des études plus larges analysant l’interaction de la drosophile avec plusieurs espèces bactériennes peuvent informer sur la dynamique d’un microbiote de mouche. En effet, au sein de la niche environnementale, les bactéries sont échangées entre l’animal et son substrat nutritif, et ces transferts réciproques pourraient altérer la composition de la communauté. Nous avons étudié cette question en utilisant un microbiote naturel, et avons observé un haut degré de similitude entre les bactéries associées avec les mouches et la composition de la communauté bactérienne de la nourriture, illustrant le caractère stable de l’association du microbiote de la drosophile avec la population de mouches au sien de la niche.Ces résultats illustrent le pouvoir du modèle drosophile pour l’étude des interactions entre les animaux et leur microbiote, qui permet de déchiffrer la dynamique des communautés de bactéries commensales ainsi que leur impact sur la physiologie animale. / In nature, symbiotic relationships are widespread, and of paramount ecological importance. Animals have appeared, evolved, and are now living constantly associated with a variety of microorganisms. In the spectrum of different symbioses types, the microbiota occupies a central and balanced part by establishing commensalistic or mutualistic relationships with its host. Over the last years, the microbiota has been extensively studied given the crucial role it plays in animal health and disease. In this research effort, Drosophila melanogaster represents a fruitful model, thanks to the ease to generate and maintain axenic flies, and the simplicity of re-associating them with a defined microbial community.The association of Drosophila with one of its natural commensals, Lactobacillus plantarum, revealed a growth-promoting effect mediated by this bacterial species. In case of nutrient scarcity, larvae associated with L. plantarum develop twice faster than the germ-free ones. However, adjusting development to environmental cues is key to organismal fitness, and yet here animals are growing fast even though the nutritional conditions are poor. We thus questioned whether what seems like an advantage could in turn be deleterious at later stages, and adversely impact adult fitness. We showed that L. plantarum is a true beneficial partner for D. melanogaster throughout the fly life cycle. Indeed, it allows the precocious emergence of mature and fertile adults without fitness drawbacks, and in certain conditions, this commensal can even increase the lifespan of nutritionally challenged males.Broader studies assessing the interaction of Drosophila with several bacterial species can inform about the dynamics of a fly microbiota. Indeed, in the environmental niche bacteria are transferred between the fly and its nutritive substrate, and these reciprocal transfers could alter the composition of the community. We addressed this question using a wild-derived microbial community and observed a high degree of similarity between the bacteria associated with the flies and the composition of the community in the diet, illustrating the stable association of the Drosophila microbiota with the fly population in the niche.Altogether these results emphasize the power of the Drosophila model in the study of the relationships between animals and their microbiota, which allows deciphering the dynamics of commensal bacterial communities and their impact on animal physiology.

A l`heure où le cancer a supplanté les maladies cardiovasculaires en tant que première cause de mortalité en France, le CCR représente la deuxième cause de mortalité par cancer. Longtemps dominé par la génétique, le paradigme du cancer colorectal a récemment évolué laissant une place prépondérante aux facteurs environnementaux. Il est néanmoins difficile d’étudier l’impact de l’environnement sur la carcinogénèse colorectale de façon exhaustive compte tenu de la multiplicité de ces facteurs environnementaux. Dans la présente étude, nous avons essayé d’appréhender la contribution de la composition du microbiote intestinal, de la composition métabolomique des eaux fécales et des altérations épigénétiques de l’hôte comme témoin de ces facteurs environnementaux au cours de la carcinogénèse colorectale et d’en évaluer le bénéfice en tant que marqueur diagnostique non invasif. Nous avons ainsi pu montrer au sein d’une population de patients à risque moyen de cancer colorectal qu’il existait une signature microbiologique, métabolomique et épigénétique spécifique du cancer colorectal. Nous avons également pu montrer que ces marqueurs présentaient des performances diagnostiques supérieures au test colorimétrique au guaiac utilisé dans le dépistage organisé du cancer colorectal. / Colorectal cancer (CRC) is a significant cause of morbidity and mortality in developed countries. The majority of CRC are called sporadic, meaning they are due to environmental factors rather than constitutional genetic alterations. Indeed, the role of environment, i.e. western lifestyle, is also underlined by dramatic geographic variations in CRC incidence in both sexes. However, it is difficult to take into account the totality of human environmental exposures for a better understanding of the colorectal cancer pathogenesis. In the present work, we tried to highlight the contribution of the environment in the development of colorectal cancer by studying the role of the intestinal microbiota together with the role of the fecal metabolites and the presence of epigenetic alterations of the host. We also investigated the performance accuracy of the latter changes for colorectal cancer diagnosis as compared to the guaiac fecal occult blood test which is widely used as a non-invasive test in several screening program. We demonstrated a specific signature associated with advanced colorectal neoplasia for the intestinal microbiota and the fecal metabolite profile for colorectal cancer as well as a link between colorectal cancer and Wif-1 gene methylation in urine and/or fecal samples. Those specific signatures disclosed higher diagnostic accuracy compared to guaiac fecal occult blood test as colorectal cancer screening test.

Depuis plusieurs années, il s’avère de plus en plus clair que le microbiote digestif a un impact remarquable sur la santé humaine. Il est affecté par de nombreux facteurs dont l’alimentation. En effet, en fonction du macronutriment majoritaire d’un régime alimentaire, certaines populations et fonctions bactériennes sont stimulées ou inhibées. Plusieurs pathologies de l’intestin ou liées à des troubles nutritionnels ou métaboliques ont un lien causal avec une altération du microbiote digestif parmi lesquelles la malnutrition sévère aigue. En effet, il a été récemment montré que le microbiote digestif des enfants malnutris était différent et colonisé par des Proteobacteria, des Enterococci, des bacilles Gram-négatifs et des espèces pathogènes. Au cours de nos travaux, une dysbiose est également observée chez nos patients malnutris par métagénomique et par culturomics avec un enrichissement en bactéries aérobies, en Proteobacteria et en espèces potentiellement pathogènes telles que Streptococcus gallolyticus et une perte notable en bactéries anaérobies associée à une perte de la capacité antioxydante du tractus gastro-intestinal révélée par une absence totale de Methanobrevibacter smitii, archeae méthanogène et un des procaryotes les plus sensibles à l’oxygène du tractus gastro-intestinal ainsi que un potentiel redox fécal accru. De plus, une perte de la diversité globale, connue et inconnue, est observée. Enfin, par culturomics et métagénomique, nous avons établi un répertoire des bactéries manquantes chez les malnutris dont treize présentent un potentiel probiotique et pourront être testées comme probiotiques dans un modèle expérimental dans un futur proche. / For the last decade, it has become increasingly clear that the gut microbiota has a tremendous impact on human health. It is affected by several factors among which diet that has a big impact. In fact, according to the major macronutrient in a diet type, specific bacterial populations and functions are stimulated or inhibited. Several pathologies of the gut or linked to nutritional or metabolic disorders among which severe acute malnutrition are causally linked to an alteration of the diversity of the human gut microbiota. In fact, it has recently been shown by several studies that the gut microbiota of malnourished patients was different and colonized by Proteobacteria, Enterococci, Gram-negative bacilli and pathogenic species. The analysis of our data regarding the fecal microbiota of children afflicted with severe acute malnutrition from Niger and Senegal showed a dysbiosis observed through metagenomics and culturomics with an increase of aerobic bacteria, Proteobacteria and pathogenic species such as Streptococcus gallolyticus, and a depletion of anaerobic species associated with a loss of the antioxidant capacity of the gastro-intestinal tract exhibited by a total absence of Methanobrevibacter smithii, a methanogenic archaeon and one the most oxygen sensitive prokaryote of the gut microbiota alongside an increased fecal redox potential. Moreover, a loss of the overall diversity, known and unknown, was observed. Finally, through culturomics and metagenomics, we were able to identify a repertoire of missing microbes in malnourished children among which thirteen presented a probiotic potential and will be tested as such in an experimental model in the near future.