Impact du poids corporel et d'une perturbation antibiotique sur le microbiote intestinal du chien : simulation in vitro et stratégies de restauration

Impact of body weight and antibiotic disturbance on canine gut microbiota : in vitro simulation and restoration strategies

• Auteur / Autrice : Charlotte Deschamps
• Direction : Stéphanie Blanquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 30/06/2023
• 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 : Microbiologie Environnement Digestif et Santé
• Jury : Président / Présidente : Monique Alric
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Lapaque, Pieter Van Den Abbeele
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marianne Diez, Étienne Giraud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antibiotiques en médecine vétérinaire

Flore intestinale

Appareil digestif

Chien

Mots clés libres

Chien

Physiologie digestive

Microbiote intestinal

Taille

Modèle intestinal in vitro

Stratégies de restoration

Dog

Digestive physiology

Gut microbiota

Size

In vitro gut model

Restoration strategies

Résumé

Différentes tailles de chiens sont associées à des variations de la physiologie digestive, principalement liées au colon et à ses microorganismes résidents. Ce microbiote intestinal joue un rôle clé en santé, soutenant les processus nutritionnels, immunologiques et physiologiques. Néanmoins, les maladies ou l'antibiothérapie peuvent altérer l'équilibre microbien et induire un état perturbé appelé dysbiose. Pour restaurer l'eubiose du microbiote, de nouvelles stratégies de restauration ont été développées telles que les pré, pro ou postbiotiques. Cependant, peu d'études ont évalué leurs effets sur le microbiote dans le cadre de l'antibiothérapie. Cette thèse entre l'unité Microbiologie, Environnement digestif et Santé de l'Université Clermont Auvergne et les deux sociétés Lallemand Animal Nutrition et Dômes Pharma, visait à étudier l'impact du poids corporel et des antibiotiques sur le microbiote colique canin, ainsi que le potentiel de stratégies de restauration microbienne, à l'aide de modèles intestinaux in vitro.Cette thèse a commencé par évaluer l'impact de différentes méthodes de stockage des échantillons fécaux (congélation 48 h à -80°C, 48 h à -80°C avec du glycérol ou lyophilisation avec maltodextrine/tréhalose) sur la cinétique de colonisation du microbiote et ses activités métaboliques dans Mucosal Artificial Colon (M-ARCOL). Par rapport aux selles fraîches, l'inoculation avec des selles congelées brutes est apparue comme la meilleure option. Grâce à une revue de la littérature, le modèle a été adapté pour reproduire les paramètres nutritionnels, physicochimiques et microbiens spécifiques des conditions du petit, moyen et grand chien dans un nouveau modèle appelé Canine M-ARCOL (CANIM-ARCOL), validé avec des comparaisons in vitro-in vivo. Ceci a permis de reproduire in vitro l'augmentation de la production des principaux acides gras à chaîne courte (AGCC), et la prolifération des Bacteroidota et Firmicutes observées in vivo. Puis, le modèle a permis de réaliser une étude mécanistique, révélant que les paramètres nutritionnels et physicochimiques façonnent l'activité du microbiote associé à la taille du chien, mais que l'inoculum fécal est nécessaire pour reproduire sa composition. Enfin, notre modèle a été adapté pour reproduire la dysbiose induite par les antibiotiques. Conformément aux données in vivo, l'antibiothérapie a induit la prolifération des Enterobacteriaceae, Streptococcaceae et Lactobacillaceae, tandis que la diversité et la production d'AGCC diminuaient. Des effets similaires mais moindres ont été observés dans le microbiote mucosal. Enfin, nous avons évalué l'effet de Saccharomyces boulardii CNCM I-1079 et de Lactobacillus helveticus HA-122 tyndallisée sur la résistance du microbiote pendant le traitement antibiotique et la résilience après celui-ci. Les deux stratégies ont réduit la prolifération des Enterobacteriaceae pendant l'antibiothérapie et permis au cours des deux premiers jours, une résilience plus rapide de la composition et l'activité du microbiote, dans le lumen et le mucus.Ce travail a fourni des informations pionnières et significatives sur l'impact de la taille du chien et de l'antibiothérapie sur la composition et l'activité du microbiote luminal et mucosal du colon canin, comblant les lacunes dans ces domaines. Ces travaux améliorent la compréhension de la résilience du microbiote en réponse aux perturbations antibiotiques. Dans un futur proche, en accord avec les règles européennes 3R visant à réduire les expérimentations animales, nos approches in vitro pourraient être utilisées pour des études mécanistiques des interactions entre nutriments, additifs alimentaires ou produits vétérinaires et microbiote. De telles expériences pourraient être réalisées en situations saines ou perturbées (obésité, maladies inflammatoires de l'intestin ou entéropathies chroniques), en tenant compte des variabilités interindividuelles pour progresser vers une nutrition et une médecine personnalisées.

Different dog sizes are associated with variations in digestive physiology, mainly related to the large intestine and its resident microorganisms. This gut microbiota plays a key role in animal health, supporting nutritional, immunological and physiological processes. Nevertheless, diseases or antibiotherapy can disturb microbial equilibrium and induce a perturbated state called dysbiosis. To restore microbiota eubiosis, new restorations strategies have been developed such as pre-, pro- or postbiotics. However, very few studies have evaluated their effects on gut microbiota in the context of antibiotherapy. This joint PhD between the Microbiology, Digestive Environment and Health unit from Université Clermont Auvergne and the two compagnies Lallemand Animal Nutrition and Dômes Pharma, aimed to investigate the impact of body weight and antibiotic disturbance on canine colonic microbiota, as well as the potential of microbial restoration strategies, using in vitro gut models.This thesis started by evaluating the impact of different methods for faecal sample storage (48-h freezing -80°C, 48-h -80°C with glycerol or lyophilization with maltodextrin/trehalose) on the kinetics of microbiota colonization and metabolic activities in the Mucosal Artificial Colon (M-ARCOL). Compared to fresh stools, inoculating with raw frozen stool without cryoprotectant was the best option among those tested. Second, thanks to a large literature review, the M-ARCOL model was adapted to reproduce the main nutritional, physicochemical and microbial parameters specific from small, medium and large size conditions in a new model called Canine M-ARCOL (CANIM-ARCOL), further validated through in vitro-in vivo comparisons. This adaptation allowed to reproduce in vitro the increase in Bacteroidota and Firmicutes abundances and higher main short-chain fatty acid (SCFA) concentrations observed in vivo. Then, we used the CANIM-ARCOL to perform a mechanistic study, which revealed that nutritional and physicochemical parameters are enough to shape microbiota activity according to dog size, but faecal inoculum was necessary to reproduce size-related microbiota composition. The next step was to adapt the CANIM-ARCOL to diseased situation, focusing on antibiotic-induced dysbiosis. In accordance with in vivo data, antibiotherapy induced an increase in Enterobacteriaceae, Streptococcaceae and Lactobacillaceae relative abundances while alpha-diversity and SCFA production decreased. Similar but lower effects were observed in mucus-associated microbiota. Lastly, we evaluated the effect of the live probiotic yeast Saccharomyces boulardii CNCM I-1079 and the heat-inactivated bacteria Lactobacillus helveticus HA-122 on microbiota resistance during antibiotic treatment and resilience afterwards. Of interest, both microbial strategies decreased the Enterobacteriaceae bloom during antibiotherapy and allowed, in the first two days, a quicker recovery of microbiota composition and activity, in both the luminal and mucosal compartments.This PhD work provided pioneering and significant insights into the impact of dog size and antibiotherapy on canine colonic luminal and mucus-associated microbiota composition and activity, filling gaps in knowledge in these fields. This work also contributed to a better understanding of microbiota resilience in response to antibiotic disturbance. In a near future, in accordance with the European 3R's rules aiming to reduce at a maximum animal experiments, our in vitro approaches could be used for mechanistic studies on the interactions between nutrients, feed additives or veterinary products and canine colonic microbiota. Such experiments could be performed under healthy but also disturbed gut microbial situations (including obesity, inflammatory bowel diseases or chronic enteropathies), always considering interindividual variabilities to move towards personalized nutrition and medicine.