Microbiote intestinal et obésité : Intérêt du séquençage par nanopore dans la détection des signatures métagénomiques dans l'obésité et lors d'interventions nutritionnelles

Gut microbiota and obesity : Interest of nanopore sequencing in the detection of metagenomic signatures in obesity and during nutritional interventions

• Auteur / Autrice : Rohia Alili
• Direction : Thierry Wirth, Karine Clément
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire et sciences de la santé
• Date : Soutenance le 02/02/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'École pratique des hautes études (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de systématique, évolution, biodiversité (Paris ; 2009-....) - Institut de Systématique- Evolution- Biodiversité / ISYEB
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation de la thèse : École pratique des hautes études (Paris ; 1868-....)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Thenet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-José Butel, Sophie Layé, Hervé Blottière, David Vallenet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marie-José Butel, Sophie Layé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Obésité -- Chirurgie

Métagénomique

Physiopathologie

Obésité

Mots clés libres

Intervention diététique

Obesité

Signatures métagénomiques

Séquençage Nanopore

Chirurgie bariatrique

Microbiote intestinal

Bariatric surgery

Gut microbiota

Obesity

Nanopore Sequencing

Metagenomic signatures

Dietary intervention

Résumé

Il est maintenant admis que le microbiote intestinal (MI) joue un rôle dans la physiopathologie de l'obésité. Plusieurs études menées récemment ont permis de stratifier les sujets obèses et en surpoids, en fonction de la richesse génétique et de la diversité de leur MI. Une association a été démontrée entre de la composition du MI et le phénotype clinique et biologique des sujets en situation d'obésité ainsi qu'avec les réponses aux interventions visant une perte de poids. Récemment, notre équipe avec le consortium européen MétaCardis a mis en évidence un profil particulier du microbiote, l'entérotype Bacteroides2 (bact2), enrichis chez des sujets sévèrement obèses et associé à une détérioration métabolique et inflammatoire.Il est donc intéressant de développer des méthodes de séquençage rapide du MI des sujets afin de pouvoir les stratifier et de tester l'hypothèse que l'état basal du MI pourrait être prédicteur de la réponse aux interventions diététiques ou chirurgicales. En lien avec ces objectifs, nous avons développé au sein du laboratoire et du service clinique un processus allant du recueil des selles de patients en situation de surpoids ou d'obésité jusqu'à la génération de données métagénomiques de séquençage avec l'outil MinION d'Oxford Nanopore Technologies (ONT). Nous avons par la suite, examiné le microbiote de deux cohortes, une bariatrique et l'autre d'une intervention de restriction calorique en vie réelle avec supplémentation en probiotiques, avec un focus sur l'entérotype Bact2 qui a été précédemment associé à une santé métabolique plus détériorée.Nous avons pu vérifier les résultats satisfaisants obtenus par séquençage Nanopore et également détecter certaines limites de cette technologie. Nos travaux dans une cohorte de 263 sujets en surpoids et obèses nous ont permis de démontrer la capacité de notre approche technologique à stratifier les sujets en fonction de la composition de leur MI. Par exemple, Bact2 était prédominant chez les sujets avec une obésité et des altérations métaboliques plus sévères. Après une perte de 10% du poids initial dans l'étude d‘intervention diététique (163 sujets appariés) et, en parallèle des améliorations métaboliques constatées, une diminution de la prévalence de Bact2 a été observée ainsi qu'une diminution de certaines bactéries pro-inflammatoires. Cette approche a été répétée chez des patients sévèrement obèses candidats à la chirurgie bariatrique (CB).En conclusion, nous avons mis en place une méthode d'évaluation rapide de la dysbiose dans l'obésité qui nous permet de détecter Bact2 qui pourrait être un prédicteur potentiel des réponses anthropométrique et métabolique aux interventions de perte de poids. En effet, la prédiction des réponses aux interventions diététiques et de CB pourrait être un outil important dans la pratique clinique, en améliorant la sélection des patients pour lesquels une prise en charge différente ou plus ciblée pourrait être envisagée.

It is now accepted that the gut microbiota (GM) plays a role in the physiopathology of obesity. Several recent studies have shown it is possible to stratify subjects with obesity and overweight according to the gene richness and the diversity of their GM. An association has been demonstrated between the GM composition and the clinical and biological phenotype of obese subjects as well as with responses to interventions aimed weight loss. Recently, within the European MetaCardis consortium, our team revealed a particular profile of the microbiota, the enterotype Bacteroides2 (bact2), enriched in severely obese subjects and associated with metabolic and inflammatory deterioration.It is therefore interesting to develop methods for rapid sequencing of subjects' GM in order to stratify them and to test the hypothesis that the basal state of the GM could be predictive of the response to dietary or surgical interventions. In line with these objectives, we have developed a process that comprises collecting stools from patients with overweight or obese to the generation of metagenomic sequencing data with the MinION tool from Oxford Nanopore Technologies (ONT) within our medical department and laboratory. We then examined the GM of two cohorts: a bariatric surgery (BS) cohort and the other from a real-life calorie restriction intervention with probiotic supplementation, with a focus on the Bact2 enterotype, which has previously been associated with more deteriorated metabolic health.We were able to verify the satisfactory results obtained by Nanopore sequencing and also detect certain limitations of this technology. Our work in a cohort of 263 overweight and obese subjects allowed us to demonstrate the capacity of our technological approach to stratify subjects according to the composition of their GM. For example, Bact2 was predominant in subjects with obesity and more severe metabolic alterations. After 10% weight loss in the dietary intervention study (163 matched subjects), and in parallel with the metabolic improvements observed, a decrease in the prevalence of Bact2 was observed as well as a decrease in certain pro-inflammatory bacteria. This approach has been repeated in severely obese patients who are candidates for bariatric surgery.In conclusion, we have implemented a rapid assessment method for dysbiosis in obesity that allows us to detect Bact2 which could be a potential predictor of anthropometric and metabolic responses to weight loss interventions. Indeed, the prediction of responses to dietary and BS interventions could be an important tool in clinical practice by improving the selection of patients for whom a different or more targeted management could be considered.