Par sa contribution à l’ensemble des grandes fonctions de l’organisme, le microbiote intestinal possède un rôle essentiel dans la physiologie et la pathologie de son hôte. Un microbiote est caractérisé par son répertoire de gènes exprimés et, plus important encore, par les métabolites qu’il sécrète. De nombreuses études ont déterminé la composition taxonomique du microbiote, mais peu en ont caractérisé les gènes actifs, les protéines ou les métabolites, ce qui pourrait être plus pertinent. En effet, la composition taxonomique du microbiote humain varie énormément d'un individu à l'autre, tandis que sa composition génétique ou sa capacité fonctionnelle est très conservée. La capacité fonctionnelle du microbiote est redondante et capitale pour maintenir sa stabilité et sa résilience. A la notion de redondance fonctionnelle est associée l'idée que, jusqu'à un certain point, les espèces sont substituables d’un microbiote à l’autre en termes de fonctionnalité. Il est donc majeur d'identifier les métabolites du microbiote intestinal et de déterminer leur effet sur l'hôte. Les travaux présentés dans cette thèse sont focalisés sur la caractérisation de métabolites lipidiques produits par les bactéries intestinales afin d’étudier les interactions entre le microbiote intestinal et son hôte.
Pour notre premier projet, nous nous sommes intéressés à une souche d’Escherichia coli, E. coli Nissle 1917 (EcN), indiquée comme probiotique dans les phases de rémission de la rectocolite hémorragique. Nous avons quantifié une augmentation de la concentration d’un acide gras β-hydroxylé, le C18-3OH, produits par EcN par rapport à des E. coli commensales ou pathogènes. Nous avons donc testé les propriétés anti-inflammatoires de ce lipide dans un modèle murin de colite induit par le DSS. Le C18-3OH diminuait la sévérité de l’inflammation en se liant au récepteur nucléaire PPARγ. L’utilisation d’un prébiotique (fructo-oligosaccharide) ayant une activité anti-inflammatoire, nous a permis de démontrer qu’une autre bactérie du microbiote intestinal, Holdemanella biformis, était également capable de produire de grande quantité de C18-3OH.
Le microbiote joue un rôle critique dans la maturation et le développement, notamment intestinal, de son hôte. Par exemple, chez la souris, une modification du microbiote, ou dysbiose, induite par des antibiotiques lors du sevrage augmente l’intensité de l’inflammation dans un modèle de colite. Le microbiote étant extrêmement sensible à son environnement, le stress, qu’il soit subit en prénatal, post natal ou à l’âge adulte, modifie sa composition. Néanmoins, le lien de causalité entre le stress prénatal, la dysbiose du microbiote intestinal et les troubles fonctionnels digestifs n’a jamais été établi. Dans un modèle murin de stress prénatal (SP), nous avons montré que la descendance adulte mâle et femelle développait une hypersensibilité viscérale associée à une dysbiose du microbiote intestinal et une absence d’inflammation macroscopique, trois caractéristiques du syndrome de l’intestin irritable. Comme l’abondance de Ligilactobacillus murinus/animalis était inversement corrélée à l’hypersensibilité viscérale, nous avons étudié les lipides produits par cette bactérie et identifié un lipopeptide, le C14asnGABAOH. L’administration intra-colique de cette molécule restaurait une normo-sensibilité viscérale chez les souris SP.
Ces deux projets nous ont permis d’identifier des lipides ayant des propriétés anti-inflammatoires ou analgésiques produits par des bactéries présentes dans le microbiote intestinal. Ces molécules pourraient jouer un rôle dans l’interaction entre le microbiote et son hôte.
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By contributing to all of the major functions of the body, the gut microbiota has an essential role in the host physiopathology. Microbiotas are characterised by their expressed genes repertoire, and even more importantly, by the metabolites they secrete. Numerous studies have analysed the taxonomic composition of the gut microbiota, but few have characterized its active genes or its secreted metabolites, which could be more relevant to understand the interplay between the host and the gut bacterial communities. Indeed, the taxonomic composition of the human microbiota varies between individuals, while its genetic combination and its functional capacity are highly conserved. The gut microbiota's functional capacity is redundant and necessary to maintain its stability and resilience. This is associated with the idea that, until a certain point, species can be substituted in terms of functionality. Therefore, it is important to identify microbial metabolites and to determine their effect on the host. The work presented in this manuscript is focused on characterising lipidic metabolites produced by the gut microbiota and their importance in host-microbiota interactions.
For our first project, we were interested in Escherichia coli Nissle 1917 (ECN) used to lengthen the remission phases of ulcerative colitis patients. We quantified an increased concentration of a β-hydroxy fatty acid, the C18-3OH in ECN compared to commensal or pathogenic E. coli. We tested the anti-inflammatory properties of this fatty acid in a murine model of DSS-induced colitis. C18-3OH decreased inflammation severity by the activation of the nuclear receptor PPARγ. By using a prebiotic (fructooligosaccharide) that has anti-inflammatory properties, we demonstrated that another bacterium from the gut microbiota, Holdemanella biformis, produces large amounts of C18-3OH.
The gut microbiota plays a crucial role in host development. For example, in mice, gut microbiota alterations, called dysbiosis, induced by antibiotics at weaning increases inflammation intensity in a colitis model. The microbiota is very sensitive to its environment, and stress, either pre or post-natal, or in adulthood, alters its composition. However, the causal link between prenatal stress, dysbiosis and functional gastrointestinal disorders has not been established. In a murine model of prenatal stress, we showed that the male and female adult offspring developed visceral hypersensitivity associated with gut microbiota dysbiosis and no macroscopic inflammation, three characteristics of irritable bowel syndrome. As the abundance of Ligilactobacillus murinus/animalis was inversely correlated to visceral hypersensitivity, we studied the lipids produced by this bacterium and identified a lipopeptide, the C14asnGABAOH. The intra-colonic administration of C14asnGABAOH restored normo-sensitivity in PS mice.
These two projects lead to the identification of two lipids, that have anti-inflammatory or analgesic properties, produced by bacteria of the gut microbiota. These molecules could play a role in the host-gut microbiota interactions.
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