Etude en systèmes digestifs artificiels de la survie et de la pathogénicité des Escherichia Coli entérohémorragiques (EHEC). Influence de la matrice alimentaire et de l'administration de souches probiotiques.

Study of the survival and pathogenicity of enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) in artificial digestive systems . Influence of the food matrix and of the administration of probiotic strains.

• Auteur / Autrice : Jonathan Thevenot
• Direction : Valérie Livrelli, Stéphanie Blaquet-Diot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la sante
• Date : Soutenance le 21/11/2014
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Conception Ingénierie et Développement de l'Aliment et du Médicament
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : (M2iSH) Microbes- Intestin- Inflammation et Susceptibilité de l'Hôte
• Jury : Président / Présidente : Hubert Brugère
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Livrelli, Stéphanie Blaquet-Diot, Frédérique Chaucheyras-Durand, Delphine Thévenot-Sergentet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fermentation

Maladies de l'appareil digestif

Flore intestinale

Escherichia coli entérohémorragique

Mots clés libres

Probiotique

EHEC

Microbiote intestinal

Digestion et fermentation in vitro

Matrice alimentaire

Probiotic

EHEC

Intestinal microbia

Digestionand fermentation in vitro

Food matrix

Résumé

Les Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC) sont des pathogènes zoonotiques responsables de toxi-infectionsalimentaires pouvant évoluer vers des atteintes potentiellement mortelles chez l’Homme. La survie des EHECet l’expression des gènes de virulence dans l’environnement digestif humain sont des facteurs essentiels dans laphysiopathologie de ces infections mais sont mal connus, essentiellement par manque de modèles d’études adaptés.L’absence de traitement spécifique a conduit à s’intéresser à des moyens préventifs et/ou curatifs alternatifs, commel’utilisation de probiotiques. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier le comportement de souches EHEC dansl’ensemble du tractus digestif et l’influence de souches probiotiques, en utilisant des approches in vitro et in vivocomplémentaires.In vitro, dans le tractus gastro-intestinal supérieur, on observe une mortalité bactérienne dans l’estomac, suivie d’unereprise de croissance dans les parties distales de l’intestin grêle. De plus, la survie des EHEC dépend à la fois de lasouche/sérotype étudié et de la matrice alimentaire dans laquelle les bactéries sont ingérées. En conditions coliqueshumaines simulées, les EHEC sont progressivement éliminés du milieu colique et leurs principaux gènes de virulence(stx1 codant la Shiga-toxine 1 et eae codant l’intimine) sont surexprimés dans les heures suivant l’inoculation dupathogène. L’ajout de levures probiotiques du genre Saccharomyces ne modifie pas la survie du pathogène dansl’environnement colique, que celles-ci soient administrées en traitement « curatif » ou « prophylactique ». Parcontre, l’administration de S. cerevisiae CNCM I-3856 permet (i) de moduler favorablement l’activité fermentairedu microbiote intestinal, en augmentant la production d’acétate et en réduisant celle du butyrate et (ii) de diminuersignificativement l’expression de stx1. Par ailleurs, l’effet du pathogène et des probiotiques sur le microbiote coliqueest individu dépendant, confortant l’hypothèse que des facteurs associés à l’hôte, comme le microbiote, pourraientconditionner l’évolution clinique des infections à EHEC et l’efficacité d’une stratégie probiotique. Enfin, dans unmodèle murin d’anses iléales, l’administration préventive de S. cerevisiae CNCM I-3856 limite significativementl’interaction d’O157:H7 avec les plaques de Peyer et les lésions hémorragiques associées.Ces résultats confirment donc l’intérêt d’une stratégie probiotique dans le contrôle des infections à EHEC. Uneétude plus approfondie du transcriptome du pathogène dans l’environnement digestif humain, en présence ou non deprobiotiques, permettrait de mieux comprendre la physiopathologie des infections à EHEC et les mécanismes associés

The enterohaemorrhagic Escherichia coli (EHEC) are zoonotic pathogens that cause food-borne infection withwhich leads to life-threatening damage in humans. EHEC survival and expression of virulence genes in the humandigestive track are key factors in the pathogenesis of these infections, but little is known, mainly due to lack ofappropriate study models. The absence of specific treatment has led to an interest in preventive and/or alternativemeasures healing, such as the use of probiotics. The objective of this study is the behavior of EHEC strains in theentire digestive tract and the influence of probiotic strains, using in vitro and in vivo complementary approaches.In vitro, in the upper gastrointestinal tract, a bacterial mortality was observed in the stomach, followed bya bacterial resumption in the distal segment of the small intestine. Moreover, survival depends on both theEHEC strain/serotype studied and the food matrix in which the bacteria are ingested. In simulated humancolon conditions, EHEC was progressively eliminated from the bioreactor and the major virulence genes (stx1encoding Shiga-toxin 1 and eae encoding intimin) are overexpressed in the hours following the inoculation ofpathogen. Probiotic yeasts Saccharomyces genus does not modify the survival of the pathogen in the in vitro colonicenvironment, that they be administered in treatment ''curative'' or ''prophylactic''. Still, the administration ofS. cerevisiae CNCM I-3856 allows (i) to favorably modulate fermentation activity of the intestinal microbiota, byincreasing the production of acetate and reducing that of butyrate and (ii) reduce significantly the expression ofstx1. Furthermore, the effect of pathogenic and probiotic on colonic microbiota is donor-dependent, supporting thehypothesis that factors associated with the host, as the microbiota could condition the clinical course of EHEC andefficiency a probiotic strategy. Finally, in a murine model of ileal loops, preventive administration of S. cerevisiaeCNCM I-3856 significantly limits the interaction of O157:H7 with the Peyer’s patches and results hemorrhagic lesions.These results confirms the interest of probiotic strategy in controlling EHEC infections. Further transcriptomestudies are warranted for the pathogen in the human digestive environment, with or without probiotics for the betterunderstanding of the pathophysiology of EHEC and so on the mechanisms involved in the antagonistic effect ofprobiotics.