Etude de la survie et identification des fonctions exprimées par la bactérie lactique Streptococcus thermophilus dans le tractus digestif

Study of the survival and identification of the functions expressed by the lactic acid bacterium Streptococcus thermophilus in the digestive tract

• Auteur / Autrice : Ophelie Uriot
• Direction : Stéphanie Blanquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la sante
• Date : Soutenance le 16/12/2016
• 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 : Laboratoire : EA 4678 CIDAM
• Jury : Président / Présidente : Christophe Chassard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphanie Blanquet, Françoise Rul, Jean-François Cavin, Annie Dary, Grégory Jubelin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Streptococcus thermophilus

Mots clés libres

Streptococcus thermophilus

Probiotique

Tractus digestif humain

Modèle gastrointestinal TIM

Survie

Streptococcus thermophilus

Probiotic

Human digestive tract

Gastrointestinal TIM model

Survival

Résumé

Streptococcus thermophilus est la bactérie lactique la plus utilisée après Lactococcus lactis dans l’industrie laitière pour la fabrication de yaourts et de fromages. Il s’agit du seul streptocoque à avoir le statut de bactérie GRAS (Generally Recognized As Safe). Malgré de récentes études montrant sa capacité à survivre dans le tractus digestif humain et des effets santé intéressants, le statut probiotique de S. thermophilus reste l’objet d’interrogations. Ainsi, les objectifs de cette thèse ont été (i) d’approfondir les connaissances sur la capacité de survie de S. thermophilus en conditions digestives humaines simulées, grâce, en particulier, au système dynamique multi-compartimenté TIM (TNO gastro-intestinal model) et (ii) d’identifier des gènes de S. thermophilus spécifiquement activés dans des conditions complexes comme l’environnement digestif, à l’aide de la technologie R-IVET (Recombinase-based In Vivo Expression Technology) basée sur l’excision d’un gène rapporteur. Le système R-IVET est composé d’un vecteur plasmidique portant la recombinase cre démunie de son promoteur et d’une cassette chromosomique composée d’un gène marqueur entouré de sites loxP reconnus par Cre. Ainsi, dans un premier temps, nous avons implanté la technologie R-IVET chez S. thermophilus LMD-9. Sa fonctionnalité a été testée et validée in vitro et dans le tractus digestif de la souris. Puis, l’étude de la survie de quatre souches de S. thermophilus dans le système TIM a montré que trois d’entre elles étaient plus résistantes que la quatrième, très sensible aux stress gastro-intestinaux. Ces résultats confirment donc que la survie de S. thermophilus dans l’environnement digestif est souche-dépendante. Ils montrent également que la survie de S. thermophilus est influencée par la matrice alimentaire, celle-ci étant plus importante en lait fermenté qu’en lait liquide. Enfin, dans un troisième temps, nous avons construit une première banque génomique R-IVET, en clonant en amont de cre des fragments d’ADN génomiques provenant de LMD-9. Cette banque a été testée uniquement en conditions gastriques simulées dans le TIM. Puis, après avoir optimisé notre outil chez S. thermophilus en améliorant la méthode d’identification des gènes activés, une seconde banque R-IVET a été testée dans l’ensemble du tractus gastro-intestinal (TIM) et en système batch en présence du microbiote intestinal. Ces expériences nous ont permis de mettre en évidence, pour la première fois, des gènes de S. thermophilus spécifiquement activés dans les différents compartiments digestifs de l’homme. Ce travail de thèse contribue ainsi à approfondir les connaissances sur le comportement de cette bactérie dans le tractus gastro-intestinal humain. A moyen terme, ces travaux devraient permettre d’identifier des marqueurs de survie de S. thermophilus et de mieux comprendre son activité métabolique dans l’environnement digestif, facilitant la sélection de souches dans la perspective de développement d’aliments fonctionnels.

Streptococcus thermophilus is the lactic acid bacterium most commonly used after Lactococcus lactis in the dairy industry for the production of yogurt and cheese. It is the only streptococcus strain to have the GRAS status (Generally Recognized As Safe). Despite recent studies showing its ability to survive through the human digestive tract and valuable health effects, the probiotic status of S. thermophilus remains questioned. Thus, the objectives of this pHD work were (i) to increase knowledge on the survival of S. thermophilus in human digestive environment, by using the dynamic multi-compartmental TIM system (TNO gastro-intestinal model) and (ii) to identify the genes from S. thermophilus that are specifically activated in complex digestive environment using the R-IVET technology (Recombinase-based In Vivo Expression Technology). R-IVET is based on the excision of a reporter gene and consists of a plasmid vector carrying the promoterless recombinase cre and a chromosomal cassette composed of a marker gene flanked by loxP recognized by Cre. First, we introduced the R-IVET technology in S. thermophilus LMD-9. Its functionality was tested and validated in vitro and in the mice digestive tract. Then, the survival of four S. thermophilus strains was investigated in the TIM system and we showed that 3 of these strains were more resistant than the other one, very sensitive to gastrointestinal stresses. These results strengthen the idea that the survival of S. thermophilus is strain-dependent. We also highlighted that the survival of S. thermophilus was influenced by the food matrix, being higher in fermented compared to liquid milk. Lastly, we constructed a first genomic R-IVET library, by cloning upstream of cre genomic DNA fragments from LMD-9. This library was tested only in gastric condition (TIM). After optimization of our tool in S. thermophilus (improvement of the method allowing identification of the activated genes), a second R-IVET library was tested throughout the gastrointestinal system (TIM) and in batch system including intestinal microbiota. By identifying bacterial genes specifically activated in human digestive conditions, this work contributes to extend our knowledge on the behavior of S. thermophilus in the human gastrointestinal tract. This could open up opportunities in determining survival markers for S. thermophilus and better describing its metabolic activity in the human gut, then facilitating the selection of strains that can be included in functional foods.