Stratégie nutritionnelle de réduction de la sarcopénie chez les personnes âgées en sous-nutrition : enrichissement d’un aliment en probiotique « energy saver »

Nutritional strategy for reducing sarcopenia in undernourished elderly people : enrichment of a food with a probiotic “energy saver”

• Auteur / Autrice : Muriel Giron
• Direction : Isabelle Savary-Auzeloux, Christophe Chassard, Muriel Thomas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie, Santé
• Date : Soutenance le 08/12/2022
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de nutrition humaine (Clermont-Ferrand)
• Jury : Président / Présidente : Yves Boirie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francisca Joly Gomez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claire Cherbuy, Vincent Ollendorff

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sarcopénie

Mots clés libres

Muscle squelettique

Sarcopénie

Probiotique

Bactéries lactiques

Sensibilité à l’insuline

Synthèse protéique

Caenorhabditis elegans

Fromage

Skeletal muscle

Sarcopenia

Probiotic

Lactic acid bacteria

Insulin sensitivity

Protein synthesis

Caenorhabditis elegans

Cheese

Résumé

Le vieillissement s’accompagne d’une diminution de masse et de force musculaires appelée sarcopénie. Ce phénomène peut altérer les performances physiques et favoriser la fragilité, voire la dépendance chez les personnes âgées, d’autant plus lorsqu’il est associé à la dénutrition. Les supplémentations protéiques et les programmes d’exercice physique sont des stratégies connues de lutte contre la sarcopénie mais peu efficaces chez des patients de faible appétit ou ayant des difficultés à se déplacer. De nouvelles approches complémentaires et plus appropriées à ces populations spécifiques doivent donc être développées. Le microbiote intestinal, dont l’implication dans la régulation de la physiologie de l’hôte n’est plus à démontrer, jouerait un rôle déterminant dans le métabolisme et la fonctionnalité des muscles squelettiques. Des études portant sur des rongeurs âgés ont ainsi montré les effets bénéfiques de traitements probiotiques sur la masse musculaire, la force ou la performance physique. C’est dans ce contexte que s’inscrit mon projet de thèse dont l’objectif est de mettre au point un aliment fonctionnel enrichi en probiotiques capable de limiter la fonte musculaire chez l’âgé fragile. Comme réservoir de bactéries probiotiques potentielles, nous nous sommes intéressés au microbiote fécal originaire d’un patient atteint du syndrome de grêle court. Ce microbiote particulier est composé quasi-exclusivement de bactéries lactiques (Lactobacilles) et permettrait d’optimiser l’absorption et l’utilisation des nutriments chez ces patients dont la surface d’échange intestinale a été réduite par la résection. Des isolats bactériens ont été obtenus, identifiés, puis criblés sur le nématode Caenorhabditis elegans pour leur effet pro-longévité. Deux souches ont été retenues puis testées chez le rat âgé en restriction alimentaire modérée (modèle de fragilité) pendant 1 à 2 mois. Une des souches, Lacticaseibacillus casei CNCM I-5663, a permis de limiter la perte de masses maigre et musculaire chez les animaux sous-alimentés. Cet effet peut s’expliquer par une sensibilisation des muscles squelettiques aux signaux anaboliques (activation de la voie Akt/mTOR/S6K) via une modulation de signaux du microbiote intestinal et de la sensibilité de l’hôte à certains signaux microbiens (récepteurs GPRs au niveau de l’iléon, acides gras à chaîne ramifiée caecaux). La dernière partie de mon travail a consisté en la caractérisation des propriétés probiotiques de la souche bactérienne (capacité à résister à l’environnement gastro-intestinal, sécurité), à sa protection (par ma participation à la rédaction d’un brevet) et à valider la possibilité d’intégrer cette bactérie dans un fromage. En perspective, les effets prometteurs de cet aliment enrichi en probiotique « energy saver » devront être validés chez l’humain âgé fragile.

Ageing is associated with a reduction in muscle mass and strength, called sarcopenia. This phenomenon can impair physical performance and lead to frailty or even dependence in the elderly, especially when it is associated with undernutrition. Protein supplementation and exercise can be effective strategies but difficult to implement in patients with poor appetite or physical disability. New complementary approaches more suitable to this specific population need therefore to be developed. The gut microbiota, whose involvement in host physiology is well known, plays a determining role in the optimal metabolism and function of skeletal muscles. Studies, mainly done in old rodents, have proven beneficial effects of probiotic treatments on muscle mass, strength or physical performance. The objective of my thesis project is to develop a probiotic-enriched functional food capable of limiting muscle wasting in the frail elderly. As a reservoir of potential probiotic bacteria, we focused on the faecal microbiota arising from a patient suffering from short bowel syndrome. This specific microbiota is composed almost exclusively of lactic acid bacteria (Lactobacilli) and could optimise the absorption and use of nutrients in these patients whose intestinal exchange surface has been reduced by resection. The bacterial isolates were identified and then screened on the nematode Caenorhabditis elegans for their pro-longevity effects. Two strains were selected and tested in aged rats under moderate food restriction (frailty model) for 1 to 2 months. One of the strains, Lacticaseibacillus casei CNCM I-5663, limited the loss of lean and muscle mass in undernourished animals. This effect can be explained by a sensitisation of skeletal muscles to anabolic signals (activation of the Akt/mTOR/S6K pathway) and by a modulation of microbial signals and host sensitivity to gut microbial signals (GPRs receptors in the ileum, caecal branched chain fatty acids). The last part of this work consisted in characterising the probiotic properties of the bacterial strain (capacity to resist the gastrointestinal environment, safety), protecting the strain (involved in patent drafting) and ensuring that the bacteria can be integrated into a cheese. In the future, the promising effects of this probiotic “energy saver” -enriched food will require to be validated in old frail humans.