Analyse fonctionnelle de bactéries du microbiote intestinal humain et évaluation de leurs propriétés bénéfiques contre l’obésité et l’inflammation intestinale

Functional analysis of bacteria from the human gut microbiota and evaluation of their health-promoting properties against obesity and bowel inflammation

• Auteur / Autrice : Bernardo Cuffaro
• Direction : Corinne Grangette, Emmanuelle Maguin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie, biologie cellulaire et moléculaire, physiologie et nutrition
• Date : Soutenance le 25/03/2021
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d’Infection et d’Immunité de Lille - INSERM U 1019 - UMR 9017 - UMR 8204
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuelle Maguin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Colite

Maladies inflammatoires intestinales

métabolisme

Obésité

thérapie

Dysbiose

usage thérapeutique

Probiotiques

Dissertation universitaire

Microbiome gastro-intestinal

Colite

Maladies inflammatoires chroniques de l'intestin

Troubles du métabolisme

Thérapeutique

Obésité

Biothérapie

Probiotiques

Flore intestinale

Mots clés libres

Microbiote intestinal

Probiotiques

Biothérapeutiques

Obésité

Métabolisme

Inflammation

Gut microbiota

Probiotics

Live biotherapeutic products

Obesity

Metabolism

Inflammation

Résumé

Des altérations dans la composition du microbiote intestinal jouent un rôle important dans le développement des pathologies chroniques, tels que l'obésité et les maladies inflammatoires de l'intestin (MICI). Cette dysbiose conduit à la perturbation de plusieurs processus biologiques clés connus pour réguler la physiologie de l'hôte, notamment l'intégrité de la barrière intestinale et les réponses immunitaires conduisant à un état pro-inflammatoire. On observe également une altération de la production d'acides gras à chaîne courte (AGCC), importants métabolites bactériens qui régulent le métabolisme de l’hôte en stimulant la sécrétion de peptides endocrines. Les interventions ciblant le microbiote représentent donc des outils intéressants dans la prise en charge de ces maladies chroniques. Les connaissances sur la composition et les fonctions du microbiote intestinal ont élargi la collection de micro-organismes pouvant avoir un rôle sur la santé de l’hôte. Ces micro-organismes sont susceptibles d’être parfaitement adaptés au tractus gastro-intestinal et dialoguer avec l'hôte. Pour ces raisons, leur évaluation en tant que probiotiques de nouvelle génération (NGP) est en pleine effervescence. Nous avons sélectionné des bactéries dominantes du microbiote intestinal et avons évalué leur robustesse aux conditions environnementales telles que la tolérance à l'oxygène et la survie au stress gastrique et observé une capacité variable selon les souches. Nous avons ensuite caractérisé leurs activités bénéfiques potentielles en utilisant différents modèles in vitro. La plupart d'entre elles ont pu induire la libération d’AGCC dans les surnageants de culture, principalement de l'acétate et dans une moindre mesure de propionate ou de butyrate. Parmi les souches criblées, une majorité a pu restaurer la barrière intestinale en utilisant un modèle in vitro de barrière épithéliale intestinale (Caco-2) et plusieurs souches ont montré un profil anti-inflammatoire après stimulation des cellules immunes humaines (PBMC) et / ou étaient de bons inducteurs de GLP-1 après stimulation de la lignée cellulaire endocrine STC-1. Fait intéressant, certaines d'entre elles ont combiné plusieurs propriétés. Nous avons ensuite évalué in vivo les souches les plus prometteuses dans différents modèles murins d'obésité et de colite. Nous avons identifié trois souches présentant des capacités prometteuses contre l'obésité. Nous avons également montré un effet souche-dépendant de l’espèce Parabacteroides distasonis contre la colite et sélectionné trois souches protectrices. Cette étude nous a apporté de plus amples informations sur la fonctionnalité des bactéries commensales ainsi que des pistes cruciales pour sélectionner des probiotiques de nouvelle génération capables de cibler les maladies chroniques inflammatoires telles que l'obésité et ou les MICI.

Alterations in the gut microbiota composition are suggested to play a role in the development of chronic diseases, including obesity and inflammatory bowel disease (IBD). This dysbiosis leads to the disruption of several key biological processes known to regulate the host physiology, notably the gut barrier integrity and the immune responses leading to a pro-inflammatory state. There is also an alteration in the production of Short Chain Fatty Acids (SCFA), key bacterial metabolites that regulate host metabolism by stimulating the secretion of endocrine peptides. Microbiota-targeting interventions therefore represent interesting tools in the management of chronic diseases. The knowledge on the composition and functions of the gut microbiota has extended the range of microorganisms with potential health benefits. These microorganisms are likely to be fully adapted to the gastrointestinal tract environment and to have important interactions with the host and for these reasons they are being evaluated as next generation probiotics (NGPs). We selected dominant bacteria from the gut microbiota and we checked their robustness to environmental conditions such as oxygen-tolerance and their capacity to survive to gastric stress and observed a strain-dependent capacity. We further characterized their potential beneficial activities using different in vitro models. Most of them were able to induce the release of SCFA in the culture supernatants, mainly acetate and to a lower extend propionate or butyrate. Among the screened strains, a majority was able to restore the gut barrier in an in vitro gut epithelial (Caco-2) barrier model and several strains exhibited an anti-inflammatory potential after human immune cells (PBMC) stimulation and/or were good inducers of GLP-1 after STC-1 endocrine cell line stimulation. Interestingly some ofthem combined several properties. We then evaluated in vivo the most promising strains in different murine models of diet-induced obesity and colitis. We identified three strains exhibited promising abilities against obesity. We also showed a strain-dependent effect of Parabacteroides distasonis strains against colitis and selected three effective strains. These studies provide us better insights on the functionality of commensal bacteria and crucial clues to select next-generation probiotics able to target inflammatory chronic diseases such as obesity and related disorders or IBD.