Sélection in vitro et in vivo de souches probiotiques ayant des propriétés bénéfiques contre l’inflammation, les infections et l’obésité

In vitro and in vivo screening of probiotics strains against inflammation, infections and obesity

• Auteur / Autrice : Jeanne Alard
• Direction : Corinne Grangette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques
• Date : Soutenance le 19/09/2017
• Etablissement(s) : Lille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Center for Infection and Immunity of Lille - Centre d'infection et d'immunité de Lille - Center for Infection & Immunity of Lille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Techniques in vitro

Modèles animaux

Maladie de Crohn

Obésité

Dissertations universitaires

Probiotiques

Thérapeutique expérimentale

Colite

Obésité

Probiotiques

Mots clés libres

Probiotiques

Obésité

MICI

Modèles animaux

Techniques in vitro

TNBS

In vivo

Colite

In vitro model

Obesity

Chronic inflammatory diseases

Probiotics

Résumé

Des études récentes ont montré que le microbiote participe à l’homéostasie intestinale en contribuant au développement morphologique, à l’éducation du système immunitaire, aux mécanismes de défense de l’hôte et à la régulation du métabolisme. Une dysbiose de ce microbiote ainsi qu’une réduction de la diversité bactérienne a été observé dans diverses pathologies chroniques telles que les maladies inflammatoires chroniques (MICI) et l’obésité. Le microbiote constitue donc une cible thérapeutique de choix dans la prise en charge de ces maladies chroniques. Les probiotiques, microorganismes bénéfiques pour l’hôte représentent une alternative intéressante, mais dont les critères de sélection nécessitent d’être améliorés.Dans une première étude, nous avons pu mettre en évidence les propriétés bénéfiques d’un mélange de deux probiotiques comprenant un bifide et un lactobacille dans un modèle murin d’obésité résultant d’une alimentation riche en graisses (Alard et al, 2016). Ce mélange probiotique a réduit significativement la prise de poids, amélioré les paramètres inflammatoires et métaboliques dont l’insulino-résistance, et augmenté l’expression intestinale des récepteurs aux acides gras à chaine courte (AGCC). Il a également favorisé dans un système d’intestin artificiel la production de butyrate et propionate ; principaux AGCCs. Les effets protecteurs ont été associés à l’amélioration de la dysbiose du microbiote, notamment la restauration de l’abondance d’Akkermansia muciniphila.L’objectif principal de cette thèse a été ensuite de sélectionner au sein d’une collection de 23 souches bactériennes provenant de la société PiLèJe, une ou plusieurs souche(s) probiotique(s) possédant des propriétés protectrices contre les MICI et l’obésité. Les propriétés immuno-modulatrices des souches ainsi que leur capacité à renforcer la barrière intestinale ont été étudiées in vitro à l’aide cellules mononuclées sanguines humaines, puis dans un modèle in vitro de perméabilité membranaire, induite par la sensibilisation d’une monocouche de cellules Caco-2 par de l’eau oxygénée. Six souches ont été sélectionnées, cinq souches induisant de forts niveaux de la cytokine anti-inflammatoire IL-10 et capables de restaurer la barrière intestinale et une souche capable de renforcer fortement cette barrière. Ces souches ont été ensuite évaluées en modèles in vivo de colite chronique et aigüe induite par du TNBS (2,4,6 trinitrobenzene sulfonic acid). De façon intéressante les souches protégeant en colite aigüe ne protègent pas aussi efficacement en colite chronique et inversement.Nous avons poursuivi la sélection de souches ou mélanges de souches dans le contexte de l’obésité et des maladies métaboliques associées. Nous avons utilisé les mêmes critères que précédemment (capacités anti-inflammatoires et à restaurer la barrière intestinale) complétés par l’étude de la capacité des souches à limiter l’accumulation des lipides dans un modèle in vitro de différenciation adipocytaire basé sur l’utilisation de la lignée 3T3-L1 et à induire la sécrétion de peptides entéro-endocrines impliqués notamment dans la satiété par l’utilisation de la lignée murine de cellules entéro-endocrine STC-1. Trois mélanges de souches et une souche seule ont été sélectionnées et évaluées dans un modèle murin d’obésité induite par un régime hyperlipidique à 45% de gras. Nous avons pu mettre en évidence des capacités positives d’un mélange de deux souches et d’une souche seule à réduire la prise de poids, ainsi que l’inflammation dans le tissu adipeux.Ces résultats indiquent que des criblages in vitro basés sur l’étude des propriétés immunomodulatrices, des capacités à restaurer la barrière, à diminuer l’accumulation des lipides et à induire des peptides de satiété, permettent une pré-sélection de souches ou mélanges de souches ayant un effet protecteur et démontrent à nouveau que les capacités bénéfiques des probiotiques sont souche-dépendantes et spécifiques des modèles ciblés.

Recent studies have reported that the microbiota is involved in intestinal homeostasis by contributing to the morphological development, the education of the immune system, the mechanisms of defense, and to metabolic regulation. Dysbiosis of this microbiota as well as reduction in bacterial diversity has been observed in various chronic pathologies such as chronic inflammatory diseases (IBD) and obesity. The microbiota thus constitutes a therapeutic target of choice in the management of these chronic diseases. Probiotics, which are beneficial microorganisms for the host represent therefore an interesting alternative, however their selection criteria need to be improved.In a first study, we were able to highlight the beneficial properties of a mixture of two probiotics comprising a bifidobacteria and a lactobacilli, in a murine model of high fat diet (HFD)-induced obesity (Alard et al., 2016). This probiotic mixture significantly reduced weight gain, improved inflammatory and metabolic parameters including insulin resistance, and increased intestinal expression of receptors involved in short-chain fatty acid (AGCC) recognition. It also promoted in an artificial intestinal system the production of butyrate and propionate, the two main AGCCs. The protective effects were associated with the improvement of microbiota dysbiosis, in particular the restoration of the abundance of Akkermansia muciniphila.The main objective of this thesis was then to select within a collection of 23 bacterial strains provided by PiLèJe, one or more probiotic strain (s) possessing protective properties against IBD and obesity. Immunomodulatory properties of the strains and their ability to strengthen the intestinal barrier were studied in vitro using human mononuclear blood cells and an in vitro model of epithelial permeability induced by the sensitization of a Caco-2 cells monolayer with hydrogen peroxide. Six strains were selected, five strains inducing high levels of the anti-inflammatory cytokine IL-10 and capable of restoring the intestinal barrier and a strain capable of strongly reinforcing this barrier. These strains were then evaluated in in vivo models of TNBS (2,4,6 trinitrobenzene sulfonic acid)-induced chronic and acute colitis. Interestingly, strains able to rescue mice from acute colitis did not protect as efficiently in chronic colitis and vice versa.The selection of strains or mixtures was then pursued in the context of obesity and associated metabolic diseases. We used the same criteria as previously (anti-inflammatory capacities and to restore the intestinal barrier) in addition with the capacity of the strains to limit the accumulation of lipids in an in vitro model of adipocyte differentiation based on the use of the 3T3-L1 cell line and to induce the secretion of entero-endocrine peptides, notably involved in satiety, by the use of the murine STC-1 entero-endocrine cell line. Three mixtures and one single strain were selected and evaluated in a mouse model of obesity induced by 45% HFD diet. We demonstrated the positive capacities of a mixture composed of two strains and the single strain to reduce weight gain, as well as adipose tissue inflammation.These results indicate that in vitro screenings based on the immunomodulatory properties, the capacity to restore the gut barrier, to decrease lipid accumulation and to induce gut peptides allow pre-selection of strains or mixtures exhibiting protective effects and demonstrate that the beneficial capacities of probiotics are strain-dependent and specific to the targeted models.