Etude des relations entre microbiote du gros intestin, métabolisme énergétique et performance sportive chez le cheval athlète

Study of the relationships between microbiota, energetic metabolism and physical performance in equine athletes

• Auteur / Autrice : Maximilien Vasseur
• Direction : Romuald Lepers, Pauline Grimm
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie des populations et écologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/03/2022
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Cognition, Action, et Plasticité Sensorimotrice (CAPS) (Dijon)

Mots clés

Mots clés libres

Microbiote du gros intestin

Cheval

Performance

Métabolisme

Fibrolyse

Hindgut microbiota

Horse

Performance

Metabolism

Fibrolysis

Résumé

Chez le cheval à l'âge adulte, la principale source d'énergie provient des parois végétales (celluloses, hémicelluloses et pectines) composant le régime alimentaire qui sont dégradées par le microbiote du gros intestin. Au sein de ce microbiote se trouvent différents microorganismes comme des champignons, des protozoaires, des archées, des virus et des bactéries (Julliand et al, 2016). Les bactéries du gros intestin représentent la communauté la plus nombreuse et la plus étudiée. Cette communauté bactérienne a pour principale activité la dégradation des fibres, assurant l'apport d'énergie au cheval, majoritairement sous forme d'acides gras à chaîne courte (AGCC). Les principaux AGCC issus de la fermentation bactérienne sont l'acétate (C2, environ 73 %), le propionate (C3, environ 18 %) et le butyrate (C4, environ 6 %). Lors d'une enquête auprès d'écuries de chevaux de course, Sommaire (2007) a montré que la majeure partie d'entre elles supplémentaient les rations avec des aliments concentrés riches en amidon. Apporté en trop grande quantité, une fraction de cet amidon, non digérée dans l'estomac et l'intestin grêle, atteint le gros intestin (Julliand et al, 2006). L'amidon est alors fermenté par des bactéries amylolytiques entraînant une forte production de lactate et de propionate ainsi qu'une baisse du pH de l'environnement, néfaste aux bactéries fibrolytiques et à leur activité. Ce désordre, appelé dysbiose, peut provoquer l'apparition de maladies comme des fourbures, des coliques ou des dysfonctionnements métaboliques (insulinorésistance). Avec un régime riche en amidon, la production d'acétate (Julliand et Grimm, 2017) et la concentration en acétate circulant (Jensen et al, 2016) sont nettement réduites par rapport à un régime à base de fourrages. Cela se traduit à l'effort par des concentrations en glycogène musculaire altérées et des paramètres ventilatoires plus faibles induisant un état de fatigue plus précoce (Jansson et Lindberg, 2012 ; Palmgren-Karlsson et al, 2002). Le microbiote et son activité fibrolytique pourraient donc jouer un rôle primordial dans la performance physique et sportive d'un cheval. Une seule étude a tenté de corréler la composition du microbiote fécal et les concentrations en métabolites sanguins et fécaux à la performance sportive en compétition (classement, vitesse de course) chez des chevaux d'endurance (Plancade et al, 2019). Cependant, aucun lien n'a été mis en évidence entre ces différents paramètres. Pourtant chez l'athlète humain, plusieurs études ont mis en évidence des compositions microbiennes fécales différentes entre athlètes et sédentaires (Clarke et al, 2014 ; Mörkl et al, 2017 ; Bressa et al, 2017 ; Barton et al, 2018 ; Han et al, 2020). Certains de ces résultats suggèrent une surreprésentation de bactéries ayant potentiellement des fonctions fibrolytiques chez les athlètes (Clarke et al, 2014 ; Bressa et al, 2017 ; Han et al, 2020). Dans une revue systématique portant sur le microbiote de l'athlète humain (Mohr et al, 2020), les auteurs soulignent l'importance de méthodes d'analyses complémentaires au séquençage pour étudier les fonctions du microbiote et les métabolites produits afin d'identifier la « signature métabolique » de chaque athlète. Ces méthodes sont à l'heure actuelle très peu utilisées conjointement que ce soit chez l'humain ou chez le cheval. Cette thèse a pour objectif de déterminer si un microbiote intestinal performant pour dégrader les fibres et fournir les métabolites adéquates au cheval peut favoriser des performances physiques et sportives supérieures, et si une meilleure digestion des fibres par la modification de l'alimentation impacte positivement les performances sportives.

In adult horses, the major energy source comes from plant cell walls (cellulose, hemicellulose, and pectin) composing diet which will be degraded by the hindgut microbiota. Microbiota is characterized by a rich community of microorganisms such as protozoa, bacteria, fungi, archaea, and bacteriophages (Julliand and al, 2016). Hindgut bacteria represent the largest and the most studied community. This bacterial community is mostly dedicated to break down plant fibres, providing energy intake to the horse mainly into short-chain fatty acids (SCFA). Majors SCFA originated from bacterial fermentations are acetate (C2, around 73%), propionate (C3, around 18%) and butyrate (C4, around 6%). A survey on feeding strategies of horse racing stables (Sommaire, 2007), has shown that most of the stables complement rations with concentrates rich in starch. Provided in a too-large quantity, a part of the non-degraded starch in the stomach and the small intestine pass through the hindgut (Julliand and al, 2006). Starch is then degraded by amylolytic bacteria involving high lactate and propionate productions and higher acidity of the microbial environment, detrimental to fibrolytic bacteria and their activity. This disorder called dysbiosis can lead to some diseases like laminitis, colic, or metabolic dysfunctions (insulin resistance). With a high-starch diet, acetate production (Julliand and Grimm, 2017) and plasma acetate concentration (Jensen and al, 2016) decrease compared to a high-fibre diet. This impairs glycogen concentrations in muscles and ventilatory parameters during an effort conducting to early fatigue (Jansson and Lindberg, 2012; Palmgren-Karlsson and al, 20002). Microbiota and fibrolytic activity could thus play a crucial role in a horse's physical performance. Only one study tried to correlate the composition of the faecal microbiota and, blood and faecal metabolites concentrations to racing performance (ranking and mean speed) of endurance horses (Plancade and al, 2019). Nevertheless, no relationship was found between these parameters. However, in human athletes, several studies have shown differences in faecal microbial composition between athletes and sedentary subjects (Clarke and al, 2014; Mörkl and al, 2017; Bressa and al, 2017; Barton and al, 2018; Han and al, 2020). Some of these results suggest an overrepresentation of bacteria with potential fibrolytic functions (Clarke and al, 2014; Bressa and al, 2017; Han and al, 2020). In a systematic review on athlete gut microbiota (Mohr and al, 2020), the authors highlight the importance of using other methods than sequencing to study the functions of the microbiota and, the metabolites produced. This offers a “unique metabolic signature” for each athlete. These methods are not commonly used together neither in humans nor in horses. This thesis aims to determine if a performant microbiota to degrade fibres and to provide necessary metabolites to the horse enables physical performance and, if better digestion of fibres permitted by modulation of diet impacts positively the performance.