FIXATION ET COMPÉTITION AU SEIN DU MICROBIOTE INTESTINAL

FIXATION AND COMPETITION WITHIN THE GUT MICROBIOTA

• Auteur / Autrice : Paguiel Javan Hossie
• Direction : Magali Ribot-barre
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mathématiques
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Informatique, Physique Théorique et Ingénierie des Systèmes (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Denis Poisson (Orléans, Tours ; 2018-....)

Mots clés

Mots clés libres

Modèle EDP

Microbiote intestinal

Flot hydrodynamique

Populations en compétition

Équations de réaction-diffusion

Gut microbiota

PDE model

Competing populations

Reaction-diffusion equations

Hydrodynamic flux

Résumé

Le microbiote intestinal est un ensemble de bactéries présentes dans le système digestif des mammifères. Leur stabilité et leur diversité est un élément important de la digestion et de la bonne santé de l'hôte. Afin d'explorer les mécanismes assurant la persistance de bactéries dans l'intestin, nous souhaitons étudier le rôle du péristaltisme. En effet, le flux luminal dans l'intestin transporte les bactéries vers leur expulsion, tandis que les mouvements de l'intestin effectuent un mélange dans ce milieu, maintenant une population commensale. En intégrant une paroi mobile de l'intestin dans le modèle mécanistique [1] du flux de mucus, nous pourrons étudier l'effet de ces contractions sur la répartition spatiale d'une espèce bactérienne. Ces résultats seront à comparer avec différents modèles de croissance bactérienne dans le tube digestif. En particulier, en réduisant le modèle pour ne garder que la dimension longitudinale, quel opérateur de diffusion reproduit le mieux l'effet du péristaltisme? La limite par homogénéisation du modèle permettra de simplifier le modèle de déplacement bactérien et de nutriments, pour obtenir un modèle analysable théoriquement. La diversité bactérienne dans le microbiote est notamment assurée par des processus évolutifs complexes. L'action conjuguée du flux de mucus et du péristaltisme permettrait à de nouvelles mutations neutres de se fixer plus fréquemment dans la population microbienne [2]. À partir de modèles de réaction-diffusion prenant en compte ces phénomènes, nous souhaitons étudier la fixation de nouveaux mutants, en faisant le lien avec la nature des fronts d'invasion sous-jacents (fronts tirés - fronts poussés). La diversité inter-espèces pourra être étudiée en considérant deux espèces ayant des caractéristiques différentes : la compétition pour les ressources engendrera soit une exclusion, soit une cohabitation (possiblement spatiale) des deux types de bactéries.

The gut microbiota is composed of a high number of bacteria living within the gut of mammals. Their stability and diversity is a key point for digestion and good health for the host. In order to explore the mechanisms leading to the persistence of bacteria within the gut, we aim at deciphering the role of peristalsis. Indeed the luminal flux within the gut expulses the bacteria, whereas the gut movement implies some mixture that allows to maintain a commensal population. By using some mobile boundaries in the mechanistic model proposed in [1], we can study the effect of contractions on the spatial repartition of bacterial species. Those results should be compared with various models of bacterial growth within the digestive tract. In particular, by reducing the model to keep only the longitudinal dimension, which diffusive operator would be adapted to reproduce the effect of peristalsis ? The homogenization limit of the model would lead to some simplification of the terms accounting for bacteria and nutriment movement in order to obtain a model that can be theoretically analyzed. Bacterial diversity within the gut microbiota is ensured by complex evolution processes. The conjugate action of mucus flux and peristalsis enables to new neutral strains to fix more often in the microbial population, see [2]. Starting from reaction-diffusion models reproducing those phenomena, our goal is to study the fixation of new strains, linking them to the type of invasion fronts (pulled or pushed front). The inter-specie diversity can be studied by considering two species with different characteristics : competition for resources leads either to an exclusion, or to a coexistence with spatial repartition of the two types of bacteria