Caractérisation in vivo des propriétés antimicrobiennes de la souche probiotique Lcr35®

In vivo characterization of the antimicrobial properties of the probiotic strain Lcr35®

• Auteur / Autrice : Cyril Poupet
• Direction : Stéphanie Bornes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie et Santé
• Date : Soutenance le 25/06/2020
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de la recherche agronomique (France). Unité de recherches fromagères (Aurillac (Auvergne))
• Jury : Président / Présidente : Christiane Forestier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Foligné, Claudia Thoral
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Langella, Tom Van de Wiele

Mots clés

Mots clés contrôlés

Probiotiques

Candida

Mots clés libres

C. elegans

Lcr35®

C. albicans

Infection

Mécanismes moléculaires

C. elegans

Lcr35®

C. albicans

Infection

Molecular mechanisms

Résumé

Les antibiotiques et antifongiques constituent une des plus grandes découvertes de la médecine et ont participé à sauver des millions de vie. Cependant, leur efficacité est menacée du fait de l’adaptation des microorganismes qui deviennent résistants à leurs actions. Ce phénomène est en particulier lié à la consommation anormalement élevée de molécules antimicrobiennes, notamment en France. En dépit du fait que ces résistances soient acquises majoritairement par des bactéries, les levures pathogènes comme le genre Candida n’échappent pas à la règle. Dès lors, la communauté scientifique et les services de santé doivent mettre en place au plus vite des alternatives aux médicaments traditionnels. Parmi ces alternatives, l'utilisation de microorganismes probiotiques dont le potentiel antifongique a déjà été démontré à l'aide de modèles précliniques (cultures cellulaires, animaux de laboratoire) et d'études cliniques est prometteuse. Ceci est notamment le cas du Live Biotherapeutic Microorganism Lactobacillus rhamnosus Lcr35® dont l’activité anti-C. albicans a été prouvée lors de travaux précédents sans toutefois parvenir à décrire les mécanismes d’actions. Les comprendre est devenu un besoin stratégique pour le développement de nouveaux traitements pour l'homme.Une approche expérimentale innovante, utilisant le modèle nématode Caenorhabditis elegans, a été mise en œuvre. Celle-ci visait à simuler une infection fongique et à évaluer l’effet de Lcr35® par des approches préventive et curative. Les impacts ont été suivis au moyen de tests de longévité et de survie de l’hôte ainsi que par l’étude de son transcriptome (de manière ciblée et globale), le tout en lien avec le niveau d’activité d’un facteur de transcription central, DAF-16. Nous avons ainsi démontré que Lcr35® induisait une survie significativement augmentée de l’hôte y compris après infection par Candida. L’analyse du transcriptome de C. elegans et l’utilisation de souches mutantes ont montré l’implication des voies de signalisations p38 MAPK et DAF-2/DAF-16 impliquées dans la longévité et la lutte anti-pathogène. De plus, des tests in vitro sur cellules intestinales Caco-2 ont montré une inhibition significative de la croissance et de l’adhésion du pathogène par Lcr35®. Ces résultats suggèrent que la bactérie Lcr35® a une action directe sur le pathogène en entraînant sa mort, mais également en modulant la réponse transcriptionnelle de l’hôte via des voies de signalisation hautement conservées. Une étude plus approfondie, ciblant notamment le métabolome de l’hôte permettrait une compréhension plus fine des mécanismes afin d’adapter le criblage et la conception industrielle de LBM selon la cible thérapeutique.

Antibiotics and antifungals are one of the greatest discoveries of medicine and have helped save millions of lives. However, their effectiveness is threatened by the adaptation of microorganisms that become resistant. This phenomenon is particularly related to the abnormally high consumption of antimicrobial molecules, especially in France. Even though these resistances are mainly acquired by bacteria, pathogenic yeasts such as the genus Candida do not escape the rule. Therefore, the scientific community and health services must implement as soon as possible alternatives to traditional drugs. Among these alternatives, the use of probiotic microorganisms whose antifungal potential has already been demonstrated using preclinical models (cell cultures, laboratory animals) and clinical studies is particularly promising. This is the case of the Live Biotherapeutic Microorganism Lactobacillus rhamnosus Lcr35® strain whose anti-C. albicans has been demonstrated in previous work but failed to describe the mechanisms of action. Understanding them has become a strategic need for the development of new treatments for humans.An innovative experimental approach, using the nematode model Caenorhabditis elegans, has been implemented. The aim was to simulate a fungal infection and treat it with Lcr35® using preventive and curative approaches. These were followed by means of tests of longevity and survival of the host, by the study of its transcriptome (in a targeted and global way), all in connection with the follow-up of the activity of a factor transcription, DAF-16. We thus demonstrated that Lcr35® induced a significantly increased survival of the host, including after infection by Candida. The analysis of the transcriptome of C. elegans and the use of mutant strains showed the involvement of the p38 MAPK and DAF-2 / DAF-16 signaling pathways, pathways involved in longevity and pathogen control. Also, in vitro Caco-2 intestinal cell assays showed significant inhibition of pathogen growth and adhesion by Lcr35®. These results suggest that the bacterium Lcr35® has a direct action on the pathogen causing its death but also by modulating the transcriptional response of the host via highly conserved signaling pathways. Further study, targeting the host metabolome, would allow a better understanding of the mechanisms and adapt the industrial design of LBM according to the therapeutic target.