Les animaux gnotobiotiques pour mieux comprendre le microbiote et le tractus digestif

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1 Les animaux gnotobiotiques pour mieux comprendre le microbiote et le tractus digestif Muriel Thomas Equipe ProbiHôte- Philippe Langella Pôle Ecosystèmes, Micalis, INRA, Jouy-en-Josas Académie vétérinaire - 18 octobre

2 Clichés du microbiote Microscopie électronique à balayage sur matières fécales humaines Photos : INRA, T. Meylheuc - MIMA2 Abondance de la population bactérienne

3 Clichés du microbiote Microscopie électronique à balayage sur matières fécales humaines Photos : INRA, T. Meylheuc - MIMA2 Diversité de la population bactérienne

4 Microbiote et intestin: un écosystème complexe abondance Estomac: 10 2 à 10 3 bactéries/g Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes, Proteobacteria, Fusobacteria Intestin grêle : 10 3 à 10 7 bactéries/g Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes Colon : à bactéries/g Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria (> 500 espèces) Adapté de Marchesi J. Environmental Microbiology, 2011 diversité 3 Ph O2 Aliments macronutriments Bactéries Mucus 7

5 Arbre phylogénique du microbiote humain adulte Groupes les plus abondants Zoetendal et al. Mol.Microb iology (2006)

6 Sphère orale Microb iote fécal Notion de «core microbiome fonctionnel» Projet HMP - Lazupone et al, Nature 2012

7 Le microbiote: un partenaire obligatoire de l intestin Fonctions de protection Compétition avec des pathogènes Production de composés anti-microbiens Fonctions de structure Développement du système immunitaire Structure et fonction de l épithélium Fonctions métaboliques Récupération d énergie Digestion des nutriments Productions de métabolites

8 Le microbiote façonne l épithélium intestinal Apoptose Différentiation Prolifération Sancho et al, 2004 Alam et al, Willing et al, Buchon et al, Rakoff-Nahoum et al, Samba-Louaka et al, 2008 Cherbuy et al, 2004 Cherbuy et al, 2010 Tomas et al, 2012 (en révision)

9 Effet morphogénique du microbiote sur l épithélium Microbiote intestinal Hôte? T. Meylheuc, Mima 2 Ax CV Le microbiote augmente la surface de l épithélium module les protéines du cycle de vie de l épithélium de façon très orchestrée Cherbuy et al, 2010 Am. J. Physiol.

10 Qui fait quoi? Microbiote intestinal Hôte? T. Meylheuc, Mima 2 Stratégie : simplifier le dialogue Ax Ino-Bt

11 Bacteroides thetaiotaomicron Membre majeur du phylum Bacteroidetes Bactérie commensale modèle ( Platforme MIMA2, T. Meylheuc) Producteur d acétate Génome séquencé: spécialiste du métabolisme des polysaccharides Sa capacité à dégrader les polysaccharides du mucus ou de l alimentation importance pour la survie dans l intestin Hooper et al., Science, 2001 Xu et al., Science, 2003 Sonnenburg et al., Science, 2005 Martens et al., Cell Host Microbe, 2008

12 Hypothèse de travail

13 Protocole expérimental Rats axéniques + Bt 1 oral gavage Bt rats mono-associés 2d 30d GF (n=12) Euthanasie: 3 mois Bt-2d (n=11) Bt-30d (n=12) Colon & Caecum Histology Protein & mrna SCFA

14 Résultats Coupes de colon colorées au bleu alcian GF Bt-2d Bt-30d ns Le nombre de cellules à mucus augmente en présence de B. thetaiotaomicron.

15 Résultats Stem cells muc2 mrna MUC2 protéine GF Bt-30d Goblet cells Muc2 Muc2 est induit en présence de B. thetaiotaomicron.

16 Résultats Stem cells klf4 mrna KLF4 protéine GF Bt-2d Bt-30d KLF4 Klf4 Loading control Goblet cells KLF4 est induit en présence de B. thetaiotaomicron.

17 Résultats Acétate Propionate * * B. thetaiotaomicron produit principalement de l acétate et du propionate

18 Hypothèse du rôle de l acétate

19 Hypothèse du rôle de l acétate In vitro HT29-MTX : Mucus-producing cells Confluent cells +/- SCFA 17h Protein extraction Lesuffleur et al., J Cell Science Acetate 0 mm 10 mm 20 mm Propionate 0 mm 10 mm 20 mm Butyrate 0 mm 5 mm KLF4 Loading control KLF4 KLF4 Effet de l acétate sur l induction de la protéine KLF4 in vitro

20 Hypothèse du rôle de l acétate membre du phylum Firmicutes Clostridium leptum Très sensible à l O 2 ( Platform MIMA2, T. Meylheuc) Consommatrice d acétate F. prausnitzii est un acteur et un marqueur de la santé intestinale Duncan et al., Int J Syst Evol Microbiol, 2002 Sokol et al., PNAS, 2008

21 Moduler l acétate in vivo Rats di-associés Bt+Fp Acétate Butyrate inoculation Concentration relative Concentration relatvie équilibre entre les deux bactéries B. thetaiotaomicron: dominant Nouveau modèle gntotobiotique avec deux représentants majeurs du mircobiote humain adulte

22 Etude de l épithélium du colon dans les animaux di-associés Bleu Alcian Western blot : KLF4 Bt-30d Bt+Fp-30d % of AB positive cells compared to Bt-30d - 25 % KLF4 contrôle Bt-30d - 30 % Bt+Fp-30d En présence des deux bactéries (Bt+Fp), l effet de B. thetaiotaomicron sur la voie du mucus semble atténué le microbiote est un acteur agissant sur la structure et l homéostasie de l épithélium colique

23 Marie-Louise NOORDINE Chantal BRIDONNEAU Claire CHERBUY Julie TOMAS Camille MAYEUR Véronique ROBERT Catherine PHILIPPE Laura Wrzosek Philippe LANGELLA Sylvie MIQUEL P. GUILLAUME F. JOLY St. BOUET T. MEYLHEUC