Disséquer l'efficacité des transplantations de matières fécales en définissant le rôle des bactéries, des bactériophages et des métabolites

Dissecting Faecal Material Transplant efficacy by defining the role of bacteria, bacteriophages and metabolites

• Auteur / Autrice : Marie Messika
• Direction : Luisa De sordi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : Physiologie, physiopathologie et thérapeutique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche Saint-Antoine
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Microbiote, intestin et inflammation

Mots clés

Mots clés libres

Microbiote

Virome

Transplantation de microbiote fécal

Bactériophage

Microbiota

Virome

Fecal microbiota transfer

Bacteriophages

Résumé

L'association intime entre l'homme et son microbiote est reconnue comme un élément déterminant de la santé, tandis que plusieurs maladies et troubles impliquant la digestion, la réponse immunitaire ou le système nerveux sont corrélés à des altérations de la composition du microbiote intestinal. La nature des mécanismes impliqués reste obscure et des études sont absolument nécessaires pour délimiter le rôle des composants individuels, dans le but de rétablir la santé ou de prévenir les maladies. Une tentative de modulation du microbiote intestinal est représentée par la transplantation de matières fécales (FMT), qui donne d'excellents résultats cliniques dans la résolution de la récurrence de l'infection à Clostridioides difficile. Cependant, le mécanisme de transfert et d'installation du microbiote, ainsi que les composants actifs transplantés, sont jusqu'à présent inconnus. Les virus représentent, après les bactéries, le deuxième composant microbien le plus abondant du microbiote intestinal. Ceux qui infectent les bactéries, les bactériophages (phages), dominent mais leur rôle dans cet écosystème a été peu étudié. Ils semblent être propres aux individus et stables dans le temps. Toutefois, lorsque les conditions physiologiques de l'hôte s'écartent de la santé, la stabilité virale est altérée. Les déterminants non biologiques ont également un impact sur le microbiote, comme le montrent les produits issus du métabolisme bactérien. Par exemple, les acides biliaires secondaires produits par les bactéries intestinales régulent la physiologie intestinale, l'inflammation et la composition du microbiote. Dans ce projet, nous disséquerons l'efficacité de la FMT en évaluant l'impact des bactéries intestinales, des phages intestinaux et des acides biliaires, seuls et en combinaison, pour moduler l'inflammation intestinale. L'impact de ces composants sera testé : (1) In vitro : En utilisant des modèles cellulaires de cellules épithéliales et immunitaires à Sorbonne Université pour évaluer la réponse de l'hôte aux acides biliaires et aux phages. (2) In vivo : Réalisation d'un TMF sur un modèle murin d'inflammation intestinale due à Salmonella enterica, qui a été développé par les deux co-superviseurs pendant le stage M2 du candidat au doctorat, et qui est basé sur un modèle de souris gnotobiotique (OMM12) hébergé à l'Institut Pasteur. Les résultats de ce projet doctoral incluront : (i) l'identification d'acides biliaires et de phages présentant des propriétés immunomodulatrices dans des modèles cellulaires ; (ii) des composants de la FMT capables de moduler la composition du microbiote et ; (iii) des composants de la FMT capables de moduler l'inflammation. L'ensemble de ces résultats mettra en lumière le rôle de chacun de ces facteurs au cours de la FMT et le mécanisme par lequel ils exercent leur action régulatrice. Les mécanismes possibles comprennent l'action prédatrice des phages infectant les bactéries, la compétition bactérienne, les propriétés immunomodulatrices des phages et/ou des acides biliaires et l'impact positif ou négatif des acides biliaires sur la croissance bactérienne. En fin de compte, nous proposerons des conseils pour développer un FMT efficace basé sur des composants définis encore méconnus.

The intimate association between humans and their microbiota is recognised as a determining element of health while several diseases and disorders involving digestion, the immune response or the nervous system, correlate to alterations in the composition of the intestinal microbiota. The nature of the mechanisms involved remain obscure and studies are strongly needed to delineate the role of individual components, with the goal to re-establish health or prevent disease. An attempt at modulating the gut microbiota is represented by faecal material transplant (FMT), which shows excellent clinical results in resolving the recurrence of Clostridioides difficile infection. Yet, the mechanism of microbiota transfer and installation, as well as the active transplanted components, are so far unknown. Viruses represent, after bacteria, the second most abundant microbial component of the intestinal microbiota. Those infecting bacteria, bacteriophages (phages), dominate but their role in this ecosystem has been little investigated. They appear to be unique to individuals and stable over time. However, when the physiological conditions of the host deviate from health the viral stability is altered. Non biological determinants also impact the microbiota, as shown by products from the bacterial metabolism. For example, secondary bile acids produced by intestinal bacteria regulates intestinal physiology, inflammation, and microbiota composition. In this project, we will dissect the efficacy of FMT by assessing the impact of gut bacteria, gut phages and bile acids, alone and in combination, to modulate intestinal inflammation. The impact of these components will be tested: (1) In vitro: Using cellular models of epithelial and immune cells at Sorbonne Université to assess the host response to bile acids and phages. (2) In vivo: Performing TMF on a murine model of gut inflammation from Salmonella enterica, which was developed by the two co-supervisors during the M2 internship of the Ph. D. candidate, and that is based on a gnotobiotic mouse model (OMM12) hosted at the Institut Pasteur. The results of this doctoral project will include: (i) the identification of bile acids and phages displaying immunomodulatory properties in cellular models; (ii) FMT components able to modulate the microbiota composition and; (iii) FMT components able to modulate inflammation. Together, these results will shed light on the role of each of these factors during FMT and by which mechanism they exert their regulatory action. The possible mechanisms include the predatory action of phages infecting bacteria, bacterial competition, the immunomodulatory properties of phages and /or bile acids and the positive or negative impact of bile acids on bacterial growth. Ultimately, we will propose guidance to develop efficient FMT based on, still overlooked, defined components.