Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1998. / Titre de l'écran-titre (visionné le 24 août 2006). Publié aussi en version papier.

Salmonella enterica spp. enterica est un pathogène omniprésent responsable de toxi-infection alimentaire pouvant potentiellement être mortelle pour l’humain. Afin de déclencher une infection, le pathogène doit survivre aux conditions stressantes rencontrées lors de son passage dans le tractus gastro-intestinal humain et coordonner l'expression de plusieurs facteurs de virulence. L’objectif de cette thèse est d’étudier le comportement de différentes souches de S. enterica dans le tractus gastro-intestinal humain en utilisant des approches in vitro. Les souches ont été sélectionnées en fonction de leur potentiel de virulence et de leur origine (clinique, alimentaire, animale, environnementale). En simulant le tractus gastro-intestinal supérieur avec le modèle in vitro TIM-1, une mortalité bactérienne est observée en compte viable dans l'estomac comparé aux résultats au PMA-qPCR. Cette différence suggère la présence de cellules viables mais non cultivables dans l’estomac. Une reprise de croissance est par la suite observée dans le duodénum et l’iléon. Après le passage dans le TIM-1, toutes les souches ont bien survécu, mais la survie de S. enterica dépendait de sa virulence. En effet, les souches de virulence élevée avaient significativement une survie plus élevée que celles de faible virulence. En condition iléale simulée dans le modèle PolyfermS, S. enterica est progressivement éliminée du milieu durant les douze premières heures, mais certaines souches maintiennent leur présence avec le lavage continu après 24 h. Les souches de S. enterica varient donc dans leur capacité à coloniser le système en présence du microbiote iléal. Par ailleurs, l’ajout de S.enterica n’a eu aucun impact sur la composition du microbiote iléale ou sur son activité métabolique. S. enterica ne peut utiliser le système immunitaire pour provoquer une dysbiose dans ce modèle, ce qui limite les mécanismes compétitifs. L’exposition des souches de S. enterica à une digestion gastro-intestinale en présence du microbiote iléal a induit l'expression de facteurs de virulence liés à l'adhésion et au gène ssaB du SPI-2, malgré l'absence de tissus hôtes. Cette induction était plus importante pour les souches à virulence élevée que pour les souches à faible virulence. Ces résultats approfondissent les connaissances sur le comportement de S. enterica dans le tractus gastro-intestinal humain pour pouvoir établir des stratégies de prévention contre ce microorganisme pathogène et pour mieux gérer le risque lié à Salmonella. / Salmonella enterica subsp. enterica is a ubiquitous pathogen responsible for food-borne infection, potentially life-threatening to humans. In order to trigger infection, the pathogen must survive the stressful conditions of the human gastrointestinal tract and coordinate the expression of several virulence factors in response to this environment. The objective of this thesis is to study the behavior of S. enterica in the human gastrointestinal tract using in vitro approaches. S. enterica strains were selected according to their virulence potential and their origin (clinical, food, animal and environmental). By simulating the upper gastrointestinal tract with the in vitro model TIM-1, bacterial mortality was observed by viable count in the stomach, compared to PMA-qPCR results. This difference suggests the presence of viable but non-cultivable cells. A resumption of growth was subsequently observed in the duodenum and the ileum. After passage through the TIM-1, all strains survived but high virulence S. enterica strains had significantly higher survival than low virulence strains. In simulated ileal conditions in the PolyfermS model, S. enterica was gradually eliminated from the medium during the first twelve hours. After 24 h, most strains maintained their presence with continuous wash-out. S.enterica strains vary in their capacity to colonize the system in the presence of the ileal microbiota. Furthermore, S. enterica had no impact on the composition of the ileal microbiota or on its metabolicactivity. S. enterica cannot use the immune system to induce dysbiosis in this model, limiting the competitive mechanisms. The exposure of S. enterica strains to gastrointestinal digestion in the presence of ileal microbiota induced expression of virulence factors linked to adhesion and SPI-2 gene (ssaB), despite the absence of host tissues. This induction was greater for high virulence strains than low virulence strains.These results deepen our knowledge on the behavior of S. enterica in the human gastrointestinal tract, in order to establish prevention strategies against the pathogen and to better manage the risk linked to Salmonella.

Les tumeurs gastro-intestinales stromales (Gastro-Intestinal Stromal Tumours - GIST en Anglais) sont les sarcomes les plus fréquents du tube digestif. Sur base de leur profil d'expression génique et de similitudes morphologiques, il a été établi que les GIST dérivent des cellules interstitielles de Cajal (Interstitial Cells of Cajal - ICC en Anglais) ou d'un précurseur commun. Le développement et le maintient des ICC sont dépendant de voies de signalisation du récepteur tyrosine kinase KIT. Des mutations oncogéniques de KIT, conduisant indépendamment du ligand à l'activation des voies de signalisation en aval, sont présentes dans environ 85% des GIST. Depuis une dizaine d'années, des molécules de synthèse qui inhibent la phosphorylation -et donc l'activation - de KIT ont été introduites avec succès dans le traitement clinique des GIST. Cependant des résistances, souvent causées par des mutations secondaires, apparaissent fréquemment et environ 50% des patients traités rechutent dans les 2 ans. Le développement de nouvelles stratégies diagnostiques et thérapeutiques pour les GIST demeure donc essentiel. Ces dernières années, de nouveaux marqueurs diagnostiques ou cibles thérapeutiques potentielles ont été rapportés dans la littérature (p.ex. Discovered on GIST-1 (DOG1, anoctamin 1), Protein kinase C theta (PKC theta), Carbonic anhydrase II (CAII)) .Il faut relever que tous ces gènes sont aussi exprimés par les ICC KIT+ du tube digestif normal et que leur présence dans les GIST reflète donc vraissemblablement essentiellement leur parenté avec les ICC.<p>Dans la présente étude, nous nous sommes attachés à identifier de nouveaux marqueurs diagnostiques ou cibles thérapeutiques potentielles exprimés par les GIST mais absent des ICC KIT+ normales.<p>Pour ce faire, nous avons comparé le profile d'expression géniques de l'antre gastrique de souris porteuses de la mutation oncogénique Kit K641E et de souris contrôles (wild type WT en Anglais) par la technique de cDNA microarray. Les différences d'expression génique ont été ensuite confirmées par réactions de PCR quantitative (qPCR) en temps réel et l'immunoréactivité (-ir) pour les candidats les plus prometteurs a été localisée par immunofluorescence (IF) dans la muscularis propria du tube digestif, avec une attention spéciale pour les cellules KIT+.<p>Plusieurs gènes identifiés appartenaient tant au profil d'expression génique des GIST qu'au profil d'expression des ICC Kit+ de l'intestin grêle murin, validant ainsi la pertinence du modèle murin KitK641E pour l'approche choisie (Chapitre 3). D'autre part, trois gènes identifiés (Neurotensin receptor 1 (Ntsr1), Trophoblast glycoprotein (Tpbg/5T) et Sprouty homolog 4 (Spry4)) étaient quant à eux présents dans la couche hypertrophié de cellules Kit+ de l'antre des souris KitK641E mais absentes des ICC Kit+ chez les souris WT (Chapitres 3, 4, 5). Ces gènes représentant donc de nouveaux candidats potentiels comme marqueurs spécifiques et/ou comme cibles thérapeutiques dans les GIST, nous avons, dans la seconde partie de notre travail, approfondi l'étude de leur expression et de leur régulation en utilisant des modèles cellulaires et tissulaires murins, ainsi que du matériel anatomopathologique de GIST humains.<p>Dans le tube digestif normal, NTSR1 et TPBG/5T4 ir ont été identifiés dans les neurones myentériques mais pas dans les ICCKIT+. Deux "tissue arrays" indépendants, totalisants 97 spécimens humains de GIST, ont révélés la présence de NTSR1-ir dans tous les GIST, en ce compris les cas négatifs pour KIT, tandis que TPBG/5T4-ir était présente dans 36/49 GIST. Un fort immunomarquage pour TPBG/5T4 était statistiquement associée aux tumeurs malignes et de haut risque (Chapitre 5; Annexe 1).<p>L'expression différentielle de membres de la famille des "Sprouty homologues" (Spry) dans l'antre des souris KitK641E a aussi été identifiée. Spry4-ir n'était pas détectable dans les ICC KIT+ des souris WT alors que Spry4-ir était présente dans la couche hyperplasique des cellules Kit+ chez les souris KitK641E. A l'opposé, l'ARN messager de Spry2 présentait un niveau d'expression similaire et Spry2-ir était détectée dans les cellules musculaires lisses - mais pas dans les cellules Kit+ - dans tous les génotypes (Chapitre 3). Pour sa part, l'expression de Spry1 apparaissait réprimée par le mutant oncogénique KitK641E, tant in vivo qu'in vitro, conduisant à la dérégulation de la boucle de rétrocontrôle négatif de la voie Ras/Erk (Chapitre 4). <p>Dans la dernière partie de cette thèse, nous avons étudié l'expression Endoglin (ENG) - aussi connues sous le nom de CD105 – dans le modèle murin de GIST KitK641E, dans les GIST humains et dans le modèle cellulaire murin Ba/F3 in vitro. ENG est une glycoprotéine transmembraire et un composant auxiliaire du complexe du récepteur au TGF-& / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’usage des produits microbiens administrés directement (aussi appelés probiotiques) gagne de l’intérêt comme alternative à l’utilisation des antibiotiques comme promoteurs de croissance dans les élevages. Cependant, très peu d’informations existent quant à l’influence des probiotiques sur la modulation du microbiote gastrointestinal et la réponse immunitaire innée chez le veau laitier. Les objectifs de cette thèse visaient à (1) Étudier l’effet de Lactobacillus acidophilus BT 1386 ou de Saccharomyces cerevisiae boulardii CNCM 1- 1079 sur les constituants sanguins, biochimiques / chimiques du sang. (2) Déterminer les mécanismes potentiels d’une réponse immunitaire renforcée de Lactobacillus acidophilus BT 1386 et de Saccharomyces cerevisiae boulardii CNCM 1-1079. (3) Déterminer comment Lactobacillus acidophilus BT 1386 ou Saccharomyces cerevisiae boulardii CNCM 1-1079 modulent la composition de la communauté microbienne GIT de veau par séquençage de nouvelle génération de la région V3-V4 du gène ARNr 16S. (4) Comparer l'efficacité de ces deux DFM avec la tetracycline-néomycine, un promoteur de croissance antibiotique. Quatre traitements ont été distribués aléatoirement à 48 veaux âgés de 2 à 7 jours (n=12). TÉMOIN : lactoremplaceur (LR) suivi d’une moulée de démarrage (MD); SCB) TÉMOIN + Saccharomyces cereviseae var. boulardii CNCM I-1079 [7,5 × 108 unités formatrices de colonie (CFU)/L de LR + 3 × 109 CFU/kg de MD]; LA) TÉMOIN + Lactobacillus acidophilus BT 1386 (2,5 × 108 CFU/L de LR + 1 × 109 CFU/kg de MD); ATB) TÉMOIN + traitement antibiotique composé de chlortétracycline (528 mg/L de LR + 55 mg/kg de MD) et de néomycine (357 mg/L de LR). Les animaux ont été élevés selon les procédures d’élevage conventionnelles pendant les 96 jours de la période expérimentale. Des échantillons de sang ont été prélevés de la veine jugulaire à différents moments pendant les périodes de pré-sevrage (jours 1 à 42), de sevrage (jours 43 à 53) et de post-sevrage (jours 54 à 96). Aux jours 33 et 96 dans chacun des groupes, 4 veaux ont été euthanasiés afin de prélever des échantillons de tissus et de digesta. Des SCB viables ont été retrouvées tout au long du tractus gastrointestinal, ainsi que dans les fèces des veaux en périodes pré- et post-sevrage. Autour du sevrage, les fèces du groupe SCB contenaient une population de lactobacilli plus importante que celles du groupe TÉMOIN. Au cours de la période pré-sevrage, la distribution des lactobacilli évoluait graduellement à travers les sections du tube digestif (colon > contenu iléal > rumen > muqueuse iléale). À l’exception du rumen, tous les autres compartiments présentaient une population de lactobacilli réduite en post- vs. en pré-sevrage. Comparativement aux groupes TÉMOIN et LA, la profondeur et la largeur des cryptes du colon des groupes SCB et ATB étaient réduites. Toujours comparativement aux groupes TÉMOIN et LA, le nombre de cellules caliciformes contenant des mucines neutres tendait à augmenter pour les groupes SCB et ATB, alors que le nombre de mucines acides augmentaient. Globalement, les traitements n’ont pas affecté les performances des animaux. Pendant le sevrage, une amélioration de la stimulation oxydative et de la phagocytose, ainsi qu’une augmentation des concentrations des protéines de la phase aiguë, ont été observées chez les groupes SCB et LA. L’ajout de probiotiques à la diète du veau a eu moins d’impact sur la diversité bactérienne mais a tout de même modifié significativement l’abondance des différentes populations microbiennes, et ce plus particulièrement dans l’iléon. L’ajout de SCB ou de LA a réduit l’abondance de certains genres bactériens pathogènes, tels que Streptococcus et Tyzzerella_4, alors que cela a augmenté l’abondance de bactéries potentiellement bénéfiques pour l’hôte tel que celles appartenant au genre Fibrobacter. Par ailleurs, d’autres bactéries bénéfiques tel que Rumminococcaceae UCG 005 et Olsenella étaient aussi plus abondantes, mais seulement pour le traitement SCB. Les bactéries pathogènes Peptoclostridium et Ruminococcus_2 étaient respectivement moins abondantes lorsque les traitements SCB et LA étaient ajoutés à la ration. Les analyses de prédiction fonctionnelle ont montré qu’en plus des effets observés sur les voies métaboliques locales impliquées dans le cycle cellulaire, la sécrétion biliaire et les voies de signalisation de l’AMPc et du proteasome, l’ajout des deux formes de probiotiques a également affecté d’importantes voies impliquées au sein d’autres tissus comme la synthèse des hormones thyroïdiennes ou le fonctionnement des synapses dopaminergiques. Cette étude suggère que les probiotiques, et plus particulièrement SCB, devraient être davantage considérés comme modulateur de la santé gastro-intestinale du veau laitier. Aussi, la supplémentation en SCB, en améliorant la réponse immunitaire innée, permettrait de stimuler le système immunitaire du veau avant l’infection, le préparant ainsi à mieux affronter les périodes plus sensibles comme celle du sevrage. Le SCB et le LA ont modifié la composition en bactéries du GIT. Dans l’ensemble, cette étude a montré une démonstration remarquable de l’importance du DFM sur le microbiote de la TI. Cependant, il faut mieux comprendre les molécules et les mécanismes qui déterminent le rôle du microbiote, puis exploiter ces connaissances pour améliorer la santé et augmenter la production animale / L’usage des produits microbiens administrés directement (aussi appelés probiotiques) gagne de l’intérêt comme alternative à l’utilisation des antibiotiques comme promoteurs de croissance dans les élevages. Cependant, très peu d’informations existent quant à l’influence des probiotiques sur la modulation du microbiote gastrointestinal et la réponse immunitaire innée chez le veau laitier. Les objectifs de cette thèse visaient à (1) Étudier l’effet de Lactobacillus acidophilus BT 1386 ou de Saccharomyces cerevisiae boulardii CNCM 1- 1079 sur les constituants sanguins, biochimiques / chimiques du sang. (2) Déterminer les mécanismes potentiels d’une réponse immunitaire renforcée de Lactobacillus acidophilus BT 1386 et de Saccharomyces cerevisiae boulardii CNCM 1-1079. (3) Déterminer comment Lactobacillus acidophilus BT 1386 ou Saccharomyces cerevisiae boulardii CNCM 1-1079 modulent la composition de la communauté microbienne GIT de veau par séquençage de nouvelle génération de la région V3-V4 du gène ARNr 16S. (4) Comparer l'efficacité de ces deux DFM avec la tetracycline-néomycine, un promoteur de croissance antibiotique. Quatre traitements ont été distribués aléatoirement à 48 veaux âgés de 2 à 7 jours (n=12). TÉMOIN : lactoremplaceur (LR) suivi d’une moulée de démarrage (MD); SCB) TÉMOIN + Saccharomyces cereviseae var. boulardii CNCM I-1079 [7,5 × 108 unités formatrices de colonie (CFU)/L de LR + 3 × 109 CFU/kg de MD]; LA) TÉMOIN + Lactobacillus acidophilus BT 1386 (2,5 × 108 CFU/L de LR + 1 × 109 CFU/kg de MD); ATB) TÉMOIN + traitement antibiotique composé de chlortétracycline (528 mg/L de LR + 55 mg/kg de MD) et de néomycine (357 mg/L de LR). Les animaux ont été élevés selon les procédures d’élevage conventionnelles pendant les 96 jours de la période expérimentale. Des échantillons de sang ont été prélevés de la veine jugulaire à différents moments pendant les périodes de pré-sevrage (jours 1 à 42), de sevrage (jours 43 à 53) et de post-sevrage (jours 54 à 96). Aux jours 33 et 96 dans chacun des groupes, 4 veaux ont été euthanasiés afin de prélever des échantillons de tissus et de digesta. Des SCB viables ont été retrouvées tout au long du tractus gastrointestinal, ainsi que dans les fèces des veaux en périodes pré- et post-sevrage. Autour du sevrage, les fèces du groupe SCB contenaient une population de lactobacilli plus importante que celles du groupe TÉMOIN. Au cours de la période pré-sevrage, la distribution des lactobacilli évoluait graduellement à travers les sections du tube digestif (colon > contenu iléal > rumen > muqueuse iléale). À l’exception du rumen, tous les autres compartiments présentaient une population de lactobacilli réduite en post- vs. en pré-sevrage. Comparativement aux groupes TÉMOIN et LA, la profondeur et la largeur des cryptes du colon des groupes SCB et ATB étaient réduites. Toujours comparativement aux groupes TÉMOIN et LA, le nombre de cellules caliciformes contenant des mucines neutres tendait à augmenter pour les groupes SCB et ATB, alors que le nombre de mucines acides augmentaient. Globalement, les traitements n’ont pas affecté les performances des animaux. Pendant le sevrage, une amélioration de la stimulation oxydative et de la phagocytose, ainsi qu’une augmentation des concentrations des protéines de la phase aiguë, ont été observées chez les groupes SCB et LA. L’ajout de probiotiques à la diète du veau a eu moins d’impact sur la diversité bactérienne mais a tout de même modifié significativement l’abondance des différentes populations microbiennes, et ce plus particulièrement dans l’iléon. L’ajout de SCB ou de LA a réduit l’abondance de certains genres bactériens pathogènes, tels que Streptococcus et Tyzzerella_4, alors que cela a augmenté l’abondance de bactéries potentiellement bénéfiques pour l’hôte tel que celles appartenant au genre Fibrobacter. Par ailleurs, d’autres bactéries bénéfiques tel que Rumminococcaceae UCG 005 et Olsenella étaient aussi plus abondantes, mais seulement pour le traitement SCB. Les bactéries pathogènes Peptoclostridium et Ruminococcus_2 étaient respectivement moins abondantes lorsque les traitements SCB et LA étaient ajoutés à la ration. Les analyses de prédiction fonctionnelle ont montré qu’en plus des effets observés sur les voies métaboliques locales impliquées dans le cycle cellulaire, la sécrétion biliaire et les voies de signalisation de l’AMPc et du proteasome, l’ajout des deux formes de probiotiques a également affecté d’importantes voies impliquées au sein d’autres tissus comme la synthèse des hormones thyroïdiennes ou le fonctionnement des synapses dopaminergiques. Cette étude suggère que les probiotiques, et plus particulièrement SCB, devraient être davantage considérés comme modulateur de la santé gastro-intestinale du veau laitier. Aussi, la supplémentation en SCB, en améliorant la réponse immunitaire innée, permettrait de stimuler le système immunitaire du veau avant l’infection, le préparant ainsi à mieux affronter les périodes plus sensibles comme celle du sevrage. Le SCB et le LA ont modifié la composition en bactéries du GIT. Dans l’ensemble, cette étude a montré une démonstration remarquable de l’importance du DFM sur le microbiote de la TI. Cependant, il faut mieux comprendre les molécules et les mécanismes qui déterminent le rôle du microbiote, puis exploiter ces connaissances pour améliorer la santé et augmenter la production animale. / There is interest in the use of direct-fed microbials (DFM) as substitutes for antibiotic growth promoters in farm animal production. However, little information exists on the effects of Lactobacillus acidophilus BT 1386 (LA) and Saccharomyces cereviseae boulardii CNCM I-1079 (SCB) on the modulation of the gastrointestinal tract (GIT) microbiota and innate immune responses in dairy calves. Therefore, the objectives of this thesis were to (1) investigate the effect of Lactobacillus acidophilus BT 1386 or Saccharomyces cerevisiae boulardii CNCM 1-1079 on blood cellular and biochemical/chemical constituents; (2) determine the potential mechanisms of enhanced immune response by Lactobacillus acidophilus BT 1386 and Saccharomyces cerevisiae boulardii CNCM 1-1079; (3) determine how Lactobacillus acidophilus BT 1386 or Saccharomyces cerevisiae boulardii CNCM 1-1079 modulate calf GIT microbial community composition by next-generation sequencing of the V3-V4 region of the 16S rRNA gene and (4) compare the efficacy of these two DFM with tetracycline-neomycin, an antibiotic growth promoter. Forty eight calves (2 to 7 days old) were randomly allocated to four treatments: 1) Control (CTRL) fed milk replacer (MR) and starter feed (SF); 2) CTRL supplemented with Saccharomyces cerevisiae boulardii CNCMI-1079 (SCB; 7.5 × 108 (CFU)/L MR + 3 × 109 CFU/kg SF); 3) CTRL supplemented with Lactobacillus acidophilus BT1386 (LA; 2.5 × 108 CFU/L MR + 1 × 109 CFU/kg SF); and 4) CTRL supplemented with antibiotics (ATB) chlortetracycline and neomycin (528 and 357 mg/L MR, respectively), and chlortetracycline (55 mg/kg SF). Animals were raised for 96 days following standard management procedures. Growth parameters (body weight and feed intake) of calves were recorded weekly. Four calves per treatment were euthanized on day 33 (pre-weaning) and an additional four calves per treatment on day 96 (post-weaning) to sample rumen and ileum tissues for real time quantitative polymerase chain reaction and colon for histomorphology. The ileum, colon and rumen were also analyzed for viability. Furthermore, samples of digesta (colon, ileum and rumen) and mucosa (colon and ileum) for bacterial characterization by sequencing the V3-V4 region of 16S rRNA gene. Weekly feces samples were collected for viability analysis. Blood samples were also collected for isolation of neutrophils and peripheral blood mononuclear cells for oxidative burst and phagocytosis analyses by flow cytometry. Serum measurements of acute phase proteins were done by ELISA. Viable SCB were recovered throughout the GIT and in the feces pre- and post-weaning. The feces of SCB-treated calves showed a greater lactobacilli population compared with CTRL (P < 0.01) around weaning. In the pre-weaning period, the distribution of lactobacilli population differed along the digestive tract (colon > ileum content > rumen > ileum mucosa; P < 0.001). The lactobacilli population were significantly reduced in all compartments (P = 0.02) post-weaning compared to pre-weaning, except in the rumen. Crypts depth and width of the colon decreased (P < 0.01) whereas number of goblet cells containing neutral mucins tended to increase (P = 0.058) while acidic mucins increased (P < 0.05) in SCB- and ATB-treated calves compared with CTRL and v LA-treated calves. Overall, growth performances were not affected by treatment. There was improvement of both oxidative burst and phagocytosis by SCB and LA during weaning in calves. Similarly, the concentrations of acute phase proteins (C-reactive proteins and serum amyloid A proteins) were increased by SCB and LA during weaning. The DFM had less impact on the bacteria diversity but had significant impact on the abundance of the bacteria community with most changes associated to treatments occurring in the ileum. SCB and LA reduced some pathogenic bacteria genera such as Streptococcus, Tyzzerella_4 and increased some potential beneficial bacteria such as fibrobacter. Meanwhile, Rumminococcaceae UCG 005 and Olsenella, also beneficial, were increased only by SCB treatment. The potential pathogenic bacterium, Peptoclostridium, was reduced by SCB only while LA reduced Ruminococcus_2. The functional prediction analyses indicated that besides affecting local pathways such as cell cycle, bile secretion, proteasome or cAMP signaling pathway, both DFM might also affect important pathways in other tissues such as thyroid hormone synthesis or Dopaminergic synapse in the brain. Our results suggest that SCB is a modulator of gastrointestinal health and could prime the immune system prior to infection leading to an enhanced innate immune response in calves especially during periods of stress (e.g., weaning). Consequently, SCB might have the potential to strengthen calf immune system in the critical periods of disease susceptibility. Both SCB and LA changed the bacteria composition of the GIT. Overall, this study showed a remarkable demonstration of the importance of DFM on the GIT microbiota. However, what is needed is a complete and better understanding of the molecules and mechanisms driving the roles played by the microbiota and then to exploit this knowledge to improve health and increase animal production.

Les antibiotiques ont longtemps été utilisés dans les pratiques d'élevage comme additifs alimentaires pour améliorer la croissance des animaux, comme les porcelets en post-sevrage, ainsi que pour traiter les infections bactériennes, notamment celles causées par Escherichia coli et Salmonella. Cependant, cette pratique a largement contribué à l'émergence de la résistance aux antibiotiques chez les bactéries commensales et pathogènes, ce qui a conduit à un réel problème de santé publique. Face à l’incidence accrue des infections causées par les bactéries pathogènes résistantes aux antibiotiques, la recherche de solutions alternatives est devenue une urgence et les peptides antimicrobiens naturels (AMPs) et plus particulièrement les bactériocines apparaissent parmi les alternatives prometteuses qui ont été proposées. La microcine J25 (MccJ25) est un peptide antimicrobien produit par Escherichia coli connu pour exercer une puissante activité inhibitrice contre les Enterobacteriaceae, y compris Salmonella. Grâce à sa structure en lasso, la MccJ25 présente une faible sensibilité aux protéases et aux conditions dénaturantes et pourrait ainsi avoir une plus grande stabilité durant un tractus gastrointestinal (GI). Toutes caractéristiques font de la MccJ25 une molécule à fort potentiel d’utilisation comme alternative aux antibiotiques dans le domaine vétérinaire. L’objectif général de cette thèse était d’évaluer le potentiel de MccJ25 comme alternative aux antibiotiques pour l’inhibition de Salmonella dans les conditions physiologiques du tube digestif du porc. Dans la première partie de cette étude, la stabilité et l’activité inhibitrice de la MccJ25 ont été évaluées dans les différents compartiments du tractus GI en utilisant le simulateur dynamique in vitro TIM-1. La MccJ25 a démontré une plus grande stabilité au niveau de l'estomac, tandis qu'une dégradation modérée a été observée dans le compartiment duodénal. Les formes de dégradation de la MccJ25 ont été analysées par LC-MS/MS et selon l’approche des réseaux moléculaires utilisant les outils de la plateforme GNPS, et en présence d'enzymes protéolytiques simulant les conditions duodénales. Les principales enzymes responsables de la dégradation de la MccJ25 ont ainsi pu être identifiées. Dans un deuxième temps, les concentrations minimales inhibitrices (CMI) et bactéricides (CMB) de la MccJ25 ont été déterminées in vitro contre Salmonella enterica subsp. enterica serovar Newport ATCC6962 dans le milieu LB ainsi que dans le milieu Macfarlane qui simule les conditions coliques du porc. Cette activité inhibitrice a été également comparée à celle de deux autres antimicrobiens, la réutérine et la rifampicine. Enfin, dans un troisième temps, l’activité de la MccJ25 contre Salmonella Newport et son impact sur la composition et l’activité métabolique du microbiote colique du porc ont été évalués en utilisant le modèle in vitro de fermentation en continu PolyFermS qui simule les conditions du côlon proximal porcin. L’activité inhibitrice contre Salmonella Newport a été évaluée par la méthode de de diffusion sur gélose, tandis que l’impact sur les différents groupes bactériens du microbiote colique porcin a été quantifié par la méthode de qPCR-PMA et par séquençage Illumina MiSeq. De façon remarquable, la MccJ25 n'a pas induit de modification significative de la composition du microbiote colique, alors qu'elle a fortement inhibé la croissance de Salmonella Newport, contrairement à la réutérine ou la rifampicine. Par ailleurs, l’analyse de l’activité métabolique du microbiote colique à l’aide du logiciel R et effectuée à partir des données de LC-MS, a démontré un effet significatif de la MccJ25 sur le métabolome intracellulaire alors qu’aucun effet significatif n’a été observé sur le métabolome extracellulaire. En conclusion, l’application d’approches microbiologiques, métagénomiques et métabolomiques très originales, variées et complémentaires nous a permis de confirmer le potentiel de la MccJ25 quant à la possibilité de son utilisation comme une alternative aux antibiotiques dans les pratiques d’élevage. Sa stabilité dans les premières étapes de digestion, sa spécificité à l'égard de Salmonella et le fait que son introduction dans le microbiote intestinal n'entraîne pas de dysbiose, la désignent comme un bon candidat dans la lutte contre la salmonellose. Des études complémentaires seront cependant nécessaires afin de confirmer ces résultats in vivo en conditions réelles d’élevage. / Antibiotics have long been used in animal husbandry practices as feed additives to improve animal growth as well as to treat bacterial infections, including those caused by Escherichia coli and Salmonella. However, this practice has largely contributed to the emergence of antibiotic resistance in commensal and pathogenic bacteria, which has led to a real public health problem. The increased incidence of infections caused by antibiotic-resistant pathogenic bacteria, has promoted the search for new alternatives and natural antimicrobial peptides (AMPs), including bacteriocins are among the promising alternatives that have been proposed. Microcin J25 (MccJ25) is an antimicrobial peptide produced by Escherichia coli and known to exert a potent inhibitory activity against Enterobacteriaceae, including Salmonella. Thanks to its lasso structure, MccJ25 has a low sensitivity to proteases and to denaturing conditions suggesting a higher stability in the gastrointestinal tract (GI) conditions. These characteristics make MccJ25 a molecule with high potential for use as an alternative to antibiotics in the veterinary field. The general objective of this thesis was to evaluate the potential of MccJ25 as an alternative to antibiotics for the inhibition of Salmonella in the physiological conditions of the digestive tract of piglet. In the first part of this study, the stability and the inhibitory activity of MccJ25 were evaluated in the different compartments of the GI tract using the dynamic simulator TIM-1. MccJ25 demonstrated higher stability in the stomach compartment; however, a moderate degradation was observed when the peptide entered the duodenum. Degradation products of MccJ25 in duodenal conditions and in the presence of different proteolytic enzymes were further analyzed using LC-MS/MS and subsequent molecular networking analysis using the Global Natural Product Social Molecular Networking platform (GNPS). Thus, the enzymes responsible for the degradation of MccJ25 have been identified. In the second part of the present study, the minimal inhibitory (MIC) and bactericidal (MBC) concentrations of MccJ25 were determined in vitro against Salmonella enterica subsp. enterica serovar Newport ATCC6962 in LB medium as well as in MacFarlane medium that simulates the swine colonic conditions. This inhibitory activity was also compared to that of two other antimicrobials namely reuterin and rifampicin. Finally, the activity of MccJ25 against Salmonella Newport and its impact on the composition and the metabolic activity of the swine colonic microbiota were evaluated using the in vitro continuous fermentation model PolyFermS that simulates the swine proximal colon conditions. The inhibitory activity against Salmonella Newport was evaluated using the agar diffusion assay, while the impact on the different bacterial groups of the swine colonic microbiota was quantified by qPCRPMA method and Illumina MiSeq sequencing. Interestly, MccJ25 did not induce any significant modification of the composition of the colonic microbiota, whereas it strongly inhibited the growth of Salmonella Newport, unlike reuterin and rifampicin. However, the analysis of the metabolic activity of the colonic microbiota using the R software and the LC-MS data, demonstrated a significant effect of MccJ25 on the intracellular metabolome. No significant effect was obtained with extracellular metabolome. In conclusion, the application of very original, varied and complementary microbiological, metagenomic and metabolomic approaches allowed us to confirm the potential of MccJ25 for use as an alternative to antibiotics in the veterinary sector. Its stability in the early stages of digestion, its specificity with regard to Salmonella and the fact that its addition into the intestinal microbiota does not cause any dysbiosis, suggested it as a good candidate as an anti-Salmonella. However, additional studies remain necessary to confirm these results in vivo under real animal use conditions.

Ces travaux de thèse ont porté sur l'utilisation d'un nouveau vecteur particulaire lipidique (LNCs) destiné à la voie orale. Ce système devrait permettre d'encapsuler une molécule anticancéreuse et améliorer sa biodisponibilité. Notre premier axe de recherche a été d'étudier les propriétés in vitro des LNCs encapsulant du paclitaxel en vue d'une administration par voie orale. La stabilité in vitro dans les milieux gastro-intestinaux simulés a été démontrée. De plus, les études de transport à travers l'épithélium intestinal (modèle cellulaire Caco-2) ont montré que les LNCs permettaient d'augmenter le transport du paclitaxel grâce à un mécanisme d'endocytose actif clathrine- et cavéole-dépendant situé dans le microenvironnement de la P-gp. Nous avons aussi mis en évidence les interactions entre l'endocytose des nanocapsules et l'activité de la P-gp. Notre second axe de recherche a porté sur l'application des LNCs pour encapsuler un nouvel anticancéreux : le Sn38 qui est le métabolite actif de l'irinotécan. Une formulation modifiée de nanocapsules lipidiques a été obtenue en utilisant un co-tensioactif et une huile hydrophile en plus des excipients standards. Les propriétés physico-chimiques et la stabilité, l'absorption epithéliale et la toxicité in vitro de cette formulation ont ensuite été vérifiées. Enfin, une activité antitumorale de courte durée après administration orale chez la souris a été observée. Ce travail fait donc la preuve de concept de l'absorption d'anticancéreux après administration par voie orale à l'aide de vecteurs colloïdaux. Néanmoins, certaines optimisations restent encore à réaliser pour prévoir une application clinique.

Le métabolisme des phosphoinositides est constitué d’un réseau complexe d’enzymes et de seconds messagers phospholipidiques et solubles cruciaux pour de nombreux processus cellulaires. Le phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate (PtdIns(3,4,5)P3), second messager très important dans la cellule est contrôlé par plusieurs phosphatases. La phosphatase PTEN, fréquemment mutée dans de nombreux cancers humains (glioblastome, cancer de la prostate, cancer du sein, …), le déphosphoryle en position 3 pour donner du phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PtdIns(4,5)P2). Les cellules de mammifères possèdent également une activité « inositol 5-phosphatase » pour de nombreux dérivés du myo-inositol. C’est la protéine SHIP2 (SH2-containing Inositol 5-phosphatase 2), une lipide phosphatase membre de la famille des phosphatidylinositol polyphosphate 5-phosphatases qui est, entre autres, responsable de cette activité. <p>Le but de ce travail de thèse a été de mettre en évidence un rôle potentiel de SHIP2 et/ou PTEN dans un modèle murin de tumeurs stromales gastro-intestinales (GIST) ;ce modèle exprime une forme constitutivement active du récepteur tyrosine kinase Kit muté sur l’acide aminé 641. Les souris qui ont été générées par le groupe du Dr Brian Rubin (Lerner Research Institute and Taussig Cancer Center, Cleveland) sont dénommées, les souris KitK641E.<p>La caractérisation des souris KitK641E nous a permis de montrer que SHIP2 et PTEN étaient exprimés dans les cellules Kit positives, les cellules de Cajal et qu’ils semblaient régulés de façons différentes.<p>En effet, nous avons pu mettre en évidence une augmentation de l’expression de PTEN dans l’antre gastrique des souris KitK641E homozygotes. Cette augmentation d’expression a également été observée dans l’antre gastrique de souris double transgéniques KitK641E x PTEN+/- alors que l’expression de PTEN dans le foie, un tissu n’exprimant pas de cellules Kit positives, était bien diminuée. Des expériences de PCR quantitative ont également permis de montrer que cette augmentation d’expression de PTEN ne provenait pas d’une augmentation du taux d’ARNm mais qu’elle se situait plutôt au niveau post-traductionnel. Ces données nous permettent de conclure que l’augmentation d’expression de PTEN dans les cellules Kit positives des souris KitK641E homozygotes est influencée par l’activation constitutive du récepteur Kit. <p>A l’inverse, l’expression de SHIP2 dans les cellules Kit positives n’a pu être mise en évidence qu’après activation constitutive du récepteur Kit. En parallèle, l’étude des voies de signalisation dépendantes du récepteur Kit nous ont permis de montrer que la phosphorylation de PKB ne semblait pas être affectée et que ce serait plutôt la voie des MAPK kinases qui interviendrait dans ce modèle. <p>Nous avons également observé la localisation subcellulaire de SHIP2 et de PTEN en utilisant un modèle cellulaire de cellules GIST882 (cellules dérivées d’un GIST humain portant la mutation correspondante à notre modèle murin). Dans ce modèle, PTEN est principalement localisé dans le noyau alors que SHIP2 est localisé à la fois au sein du noyau et du cytoplasme. Ce modèle nous a également permis de montrer que la forme phosphorylée sur tyrosine de SHIP2 (Y1135) était localisée dans le noyau et qu’elle était modulée en fonction du cycle cellulaire.<p>En conclusion, ces travaux ont permis de montrer que dans le modèle de souris KitK641E, SHIP2 et PTEN étaient localisés au sein des cellules Kit positives et qu’ils étaient modulés par des mécanismes différents. L’augmentation d’expression de PTEN observée dans les souris KitK641E homozygotes pourrait constituer un mécanisme de rétrocontrôle négatif afin de modifier l’impact de voies de signalisation en aval du récepteur Kit dans ce modèle oncogénique.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le stress gastro-intestinal représente une condition physiologique cruciale rencontrée par les bactéries probiotiques durant le transit digestif. En effet, ces bactéries ingérées doivent survivre et exprimer leurs fonctions métaboliques spécifiques sous les conditions acides dans l'estomac, et en présence de bile dans l'intestin. Dans le cadre de ce projet de maîtrise, nous proposons d'étudier l'effet d'un stress gastro-intestinal sur la capacité de certaines souches de bactéries lactiques et probiotiques à produire leur bactériocines. Deux souches commerciales à savoir Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis UL719 et Pediococcus diacetilactici UL5, et une souche récemment isolée et caractérisée à partir de fèces de nouveaux- nés à savoir Bifidobacterium thermophilum RBL67, souches productrices de la nisine Z, de pediocine PA-1 et de composés anû-Listeria, ont été utilisées respectivement. Dans un premier temps, l'effet du pH acide (pH 2.0), de la bile (0.3%) de même que leur combinaison (acide/bile) sur la capacité de ces souches à produire leurs substances inhibitrices ont été testées dans un milieu simulant le suc gastrique et intestinal. Deuxièmement et afin de confirmer la capacité de Lac. diacetylactis et de B. thermophilum à survivre et à produire des bactériocines durant le stress gastro-intestinal, les résultats obtenus ont été confirmés en utilisant un simulateur dynamique in vitro du tube digestif (modèle TIM-1). Les deux souches ont montré une résistance à l'acide gastrique. Cependant, leur survie a été réduite dans le duodénum due à la présence de bile. Lac. diacetylactis UL719 était beaucoup plus tolérante à la bile que B. thermophilum RBL67. Des colonies dans chaque compartiment ont été isolées afin d'évaluer l'impact du stress gastro-intestinal sur la capacité des souches testées à produire des acides organiques et des bactériocines. Les résultats ont indiqué que le passage sur le modèle gastro-intestinal et l'exposition à différentes conditions de stress n'ont pas affecté la production d'acides organiques et de bactériocines par les deux souches testées.

Streptococcus thermophilus est la bactérie lactique la plus utilisée après Lactococcus lactis dans l'industrie laitière pour la fabrication de yaourts et de fromages à pâte cuite (Emmental, gruyère), filée (Mozarella) ou pressée (Cheddar). Il s'agit du seul streptocoque à avoir le statut de bactérie GRAS (Generally Recognized As Safe). Dans un premier temps le potentiel probiotique de 30 souches de S. thermophilus de différentes origines a été testé par l'étude de leurs capacités à résister aux différentes conditions de stress rencontrées pendant leur passage dans le tractus gastro-intestinal (bas pH, sels biliaires et stress oxydant), de leur capacité à adhérer aux cellules épithéliales intestinales et de leurs propriétés immunomodulatrices. La majorité des souches réduit la production d'interleukine IL-8 (pro-inflammatoire) alors qu'elles induisent la production d'interleukine IL-10 (anti-inflammatoire) et l'IL-12 (pro-inflammatoire). Sur la base du rapport IL-10/IL-12, qui permet d'apprécier le potentiel anti-inflammatoire d'une souche, nous avons observé que certaines d'entre-elles pourraient avoir un fort potentiel anti-inflammatoire. L'Analyse en Composantes Principales (ACP) nous a permis de séparer les souches en 6 catégories différentes présentant des propriétés distinctes. A l'intérieur de chaque classe, une variabilité entre les souches a été observée et des caractéristiques intéressantes identifiées. Cependant, aucune des classes ne peut être considérée comme contenant le probiotique « parfait ». Suite à cette étude et sur la base de sa résistance aux stress gastriques et de ses capacités d'adhésion, et sachant que la séquence de son génome est disponible, la souche LMD-9 a été sélectionnée pour la deuxième partie de ce travail, à savoir la construction d'un outil basé sur la technologie R-IVET pour étudier l'état physiologique de S. thermophilus dans le tractus digestif. L'outil R-IVET mis au point se compose de deux éléments: un vecteur plasmidique portant le gène cre codant une recombinase spécifique dépourvu de son promoteur et une cassette chromosomique composée d'un gène de résistance à la spectinomycine flanqué par des sites loxP, reconnus par la recombinase Cre. La fonctionnalité de l'outil R-IVET a ensuite été testée par le clonage de trois promoteurs différents de S. thermophilus (PprtS, Pshsp and Plac) en amont de cre. Le système a été valide in vitro avec les trois promoteurs et in vivo avec le promoteur Plac / Streptococcus thermophilus is a lactic acid bacterium used after Lactococcus lactis in the dairy industry for the production of yogurt and cheeses like Emmental, Gruyere, Mozarella and Cheddar. It is the only streptococcus to have the GRAS (Generally Recognized As Safe) status. In this work, the probiotic potential of 30 S. thermophilus strains from different origins was tested by studying their ability to resist different stress conditions encountered during their passage through the GIT (low pH, bile salts and oxidative stress), their ability to adhere to intestinal epithelial cells and their immunomodulatory properties. Majority of the strains reduced the production of interleukin IL-8 (pro-inflammatory) and induced the production of interleukin IL-10 (anti-inflammatory) and IL-12 (pro-inflammatory). On the basis of the ratio IL-10/IL-12 which allows to evaluate the anti-inflammatory potential of a probiotic, several strains appeared to have a high the anti-inflammatory potential. Principal Component Analysis (PCA) allowed us to classify strains in 6 different categories with different properties. Within each class, variability and interesting features were observed, but none of the classes could be considered as containing the perfect probiotic. Following this study and on the basis of its resistance to gastric stress and its adhesion capacity and knowing that its genome sequence is available, the strain LMD-9 was selected for the second part of this work, namely the construction of a tool based on R-IVET to study the physiological state of S. thermophilus in the digestive tract. This tool is composed of two elements: a plasmid vector (pULNcreB), carrying the gene cre encoding a site-specific recombinase without its promoter and a chromosomal cassette composed of a gene of resistance to spectinomycin flanked by loxP sites which are recognized by the recombinase Cre. The functionality of the tool R-IVET was then tested by cloning three different promoters of S. thermophilus (PprtS, Pshsp and Plac) upstream of cre. System was valid in vitro with all the three promoters and in vivo by using the lactose operon promoter Plac