Modélisation de la dégradation des protéines alimentaires par le microbiote intestinal humain

Modeling dietary protein degradation by the human gut microbiota

• Auteur / Autrice : Amandine Paulay
• Direction : Emmanuelle Maguin, Béatrice Laroche, Simon Labarthe, Ghjuvan Micaelu Grimaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 15/07/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MICALIS- Microbiologie de l'Alimentation au service de la santé humaine - MICrobiologie de l'ALImentation au Service de la Santé / MICALIS
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : UMR Micalis - Pôle Ecosystèmes- Equipe PhylHom
• Partenaire(s) de recherche : Référent : AgroParisTech
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Delphine Ropers
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Chassard, Cesar Aceves lara, Rafael MUñOZ-TAMAYO
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Chassard, Cesar Aceves lara

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microbiome gastro-intestinal

Régime riche en protéines

Protéases

Bacteroidetes (phylum)

Mots clés libres

Modèle métabolique

Protéolyse

Microbiote

Bacteroides caccae

Metabolic model

Proteolysis

Microbiota

Bacteroides caccae

Résumé

Ces dernières années, l'augmentation de la consommation de régimes riches en protéines a mis en lumière l'importance du microbiote intestinal dans la transformation des protéines en métabolites essentiels, un processus clé pour l'interaction alimentation-microbiote-hôte.La première partie de ce travail a consisté à raffiner un modèle métabolique de Bacteroides caccae, une bactérie protéolytique, s'appuyant sur une analyse génomique approfondie axée sur les transporteurs et les voies métaboliques des acides aminés. Des modules de protéolyse ont été intégré au modèle en tenant compte du coût énergétique de la biosynthèse des protéases. Des expériences utilisant des milieux de croissance enrichis en protéines de lactosérum ont révélé que ces protéines favorisent la croissance de B. caccae et la production d'acétate et de propionate. Le suivi de métabolites a montré la nécessité d'intégrer des mécanismes de régulation au modèle pour mieux simuler leur consommation.Le modèle modifié prédit avec précision la croissance et la production de métabolites lors de simulations par dynamic Flux Balance Analysis.L'analyse in-silico du génome de B. caccae a révélé 156 protéases, démontrant sa capacité à dégrader les protéines. L'examen de 45 espèces de Bacteroides a souligné une présence étendue de protéases, sans corrélation phylogénétique, ce qui suggère que le module de protéolyse pourrait être applicable à d'autres modèles métaboliques de Bacteroides.Ce travail ensuite discute de différentes approches de modélisation de communautés bactériennes afin d'identifier les perspectives possibles pour mieux prendre en compte l'environnement nutritionnel des microorganismes et ainsi contribuer à une meilleure compréhension des interrelations entre alimentation-microbiote et santé

In recent years, the rise in high-protein diets has highlighted the key role of the gut microbiome in converting proteins into essential metabolites, critical for the food-microbiota-host interaction.The first part involved refining a metabolic model of Bacteroides caccae, a proteolytic bacterium, using extensive genomic analysis centered on amino acid transporters and metabolic pathways. Proteolysis modules were designed considering the energy cost of protease biosynthesis and integrated into the model. Experiments with whey protein-enriched growth media showed that these proteins enhance B. caccae growth and the production of acetate and propionate. Metabolite tracking highlighted the need to incorporate regulatory mechanisms into the model for better simulation of their consumption.The modified model accurately predicts growth and acetate and propionate production using dynamic Flux Balance Analysis.In-silico genome analysis of B. caccae identified 156 proteases, indicating a strong capability for protein degradation. Additionally, examining protease distribution across 45 Bacteroides species genomes revealed widespread proteases presence, albeit without phylogenetic correlation, suggesting the potential transferability and applicability of the proteolysis module to other Bacteroides metabolic models.The thesis then discusses various bacterial community modeling approaches to identify future directions for better considering the nutritional environment of microorganisms, thereby contributing to a deeper understanding of the interplay between diet, microbiota, and health.