Добірка наукової літератури з теми "Microbiota intestinale (Gut microbiota)"

Food intake is controlled by a highly complex and distributed neural system integrating many sensory inputs, most notably those arising from the gastrointestinal tract in response to a meal. Reduced sensitivity to intestinal nutrients has been proposed to be partly responsible for increased energy intake and weight gain in both animals and humans during HF feeding. However, the mechanism by which a HF diet impinges on post-ingestive intestinal feedback to promote overconsumption is unclear, as is the role of diminished satiation signaling in the development of obesity. Therefore, the work of this thesis attempts to discern the role of HF feeding in nutrient-induced satiation, by addressing the impact of GI peptides and the gut microbiota in diet-induced obesity in animals prone or resistant to obesity. In the first set of experiments, we found that diet-induced obese rats exhibited a reduced responsiveness to the suppressive effects of intragastric lipid loads, compared to diet-resistant rats. This was associated with altered intestinal gut peptides and GPRs, plausibly contributing to reduced lipid-induced satiation. In the next set of experiments, we showed that OP rats develop impaired GLP-1 signaling during maintenance on a HF diet. During chow feeding, OP and OR rats had similar sensitivity to the anorectic effects of GLP-1R agonism; however, HF feeding abolished the suppressive response to exendin-4 in OP rats. This was associated with downregulation of GLP-1R in the nodose ganglia, in addition to decreased circulating GLP-1 and L-cell counts. The last set of experiments demonstrates the influence of the gut microbiota in regulating intestinal chemosensory machinery and potentially promoting adiposity in OP rats. First, GF mice exhibited increased consumption for lipid solutions with associative decreases in intestinal satiation signals and fatty acid receptors, indicating that lack of microbiota reduces post-ingestive signaling to promote overeating. Next, we found that OP rats harbor a distinct microbiota profile compared to OR rats during HF feeding. By conventionalizing GF mice with OP microbiota, we replicated the obese phenotype, and associated reductions in peripheral and central appetite-related pathways. In summary, this thesis provides evidence that the interaction of a polygenetic susceptibility to obesity coupled with HF feeding reduces sensitivity to intestinal nutrients, by altering secretion and sensitivity to satiation signals that ultimately contributing to weight gain and adiposity. Additionally, further elucidation on the ability of an aberrant gut microbiota to influence regulatory systems involved in energy regulation could provide useful information for the development of therapeutic treatments for obesity<br>La prise alimentaire est contrôlée par un système complexe associant des modifications du système nerveux. Ces dysfonctionnents impliquent les outils de perception, notamment ceux en provenance de l'appareil gastro-intestinal en réponse à un repas. La diminution de la sensibilité intestinale aux nutriments a été décrite en partie comme responsable de l'apport énergétique accrue et du gain de poids chez les animaux et les humains au cours d'un régime hypercalorique. Cependant, le mécanisme par lequel un régime obesogène affecte les signaux intestinaux postprandiaux favorisant la surconsommation et leurs rôles dans la diminution du signal de satiété contribuant au développent de l'obésité reste très peu étayer. Par conséquent, le travail de cette thèse a pour but de caractériser le rôle d'un régime hypercalorique dans la diminution de la satiété induite par les nutriments, d'étudier le rôle des peptides gastro-intestinaux et de microbiote au cours d'un régime hypercalorique favorisant l'obésité chez les rats OP. Dans la première série d'expériences, nous avons constaté que les rats soumises un régime hypercalorique présentaient une réponse réduite aux effets suppresseurs de charges lipidiques gastriques comparé à des rats résistants à l'obésité (OR). Cette réponse a été associée à une altération des peptides intestinaux et des GPRS contribuant à une réduction du signal du satiété. Dans une deuxième série d'expériences, nous avons démontré que les rats obeses prônes (OP) développent une déficience de la voie de signalisation de GLP-1 au cours d'un régime hypercalorique. Sous un régime normal, les rats OP et OR avaient la même sensibilité aux effets anorexigène d'un agoniste du récepteur du GLP-1. Toutefois, le régime obesogène abolit la réponse suppressive de l'exendin-4 chez des rats OP. Ceci a été associée à une régulation négative de l'expression du GLP-1R dans les ganglions nodaux, une diminution des taux du GLP-1 circulants et du nombre des cellules L sécrétrices du GLP-1. La dernière série d'expériences démontre l'influence du microbiote intestinal dans la régulation de la chemosensibilité intestinale favorisant l'adiposité chez les rats OP. Les souris axéniques présentent une consommation accrue de solutions lipidiques associé à une diminution du signal satiétogène intestinal et des récepteurs d'acides gras. Nous avons conclu que l'absence du microbiote réduit le signal de satiété postprandial contribuant à la surconsommation des nutriments. Par la suite, nous avons identifié que les rats OP possèdent un profil du microbiote intestinal distinct de rats OR sous un régime hypercalorique. La conventionnalisation des souris axéniques avec le microbiote issu des rats OP, reproduit parfaitement le phénotype obèse avec à une réduction de la signalisation centrale et périphérique des voies contrôlant la prise alimentaire. En résumé, cette thèse apporte la preuve que l'interaction entre une prédisposition à l'obésité généralement polygénique couplée à une alimentation obesogène réduit la sensibilité intestinale aux nutriments, altérant la sécrétion et la sensibilité aux signaux de satiété. Ces effets ont pour conséquence un gain de poids et une expansion de la masse grasse. De plus, des preuves scientifiques supplémentaires sur la capacité d'un microbiote intestinal aberrant d'influencer les systèmes de régulation impliqués dans le maintien de l'homéostasie énergétique pourraient fournir des informations scientifiquement fondées afin de prévenir le développement et l'installation de l'obésité et contribuer aux progrès thérapeutiques de l'obésité

ROLE OF CART ON GUT MICROBIAL DYSBIOSIS, STUDYING THE GUT/BLOOD MICROBIOTA DURING THE FIRST TWO YEARS OF SUPPRESSIVE CART BACKGROUND Microbial dysbiosis features HIV+ individuals, both naïve and cART-treated, and is linked to anatomical/structural changes in the gastrointestinal (GI) tract, leading to microbial translocation (MT) and immune activation. Given that data on microbiota modifications during long-term therapy are lacking, we investigated gut/blood microbiota during the first 2 years of suppressive cART. METHODS We enrolled 138 HIV+ subjects. Plasma was collected at baseline (T0) and following 12 (T12) and 24 months (T24) of cART. CD8+ T-cell activation (CD38+; CD38+CD45R0+), MT (sCD14 and EndocAb) and GI damage (IFAB-P) were studied. In a sub-group of 41 patients (pts) we also evaluated GI permeability (urinary LAC/MAN test), inflammation (faecal calprotectin), 16SDNA (MT marker) and gut persistence score, metagenomic function analysis (Picrust) as well as peripheral and faecal microbiota (DNA extraction and 16S Metagenomic Sequencing; MiSeq Illumina®). For the microbiota analyses we enrolled 15 HIV- subjects as controls. All groups were analysed by Wilcoxon test, Kruskal-Wallis test and Permanova analysis. RESULTS 88% were male, 65% MSM, 6% HCV+; median age, CD4+ count, HIV RNA and duration of infection were respectively 38 years, 312/mmc, 5.03 log10cp/mL and 11.5 months. Following cART we registered a reduction of activated and activated/memory CD+8 T-cells (both with p<0.0001), an increase of EndoCab levels (p<0.0001) yet no significant changes in plasma sCD14. In contrast, an increase of I-FABP (p<0.0001) vis- à -vis a reduction of LAC/MAN test (p=0.03) and faecal calprotectin (p=0.01) were found. In faeces, cART resulted in a limited modification of the relative abundance of the microbiota, however differences between pts and controls were detected in the Firmicutes, Bacteroidetes and Actynobacteria phyla. Alpha-diversity showed higher richness in HIV+ vs controls (observed: p=0.006; Chao1: p=0.002) and these differences were maintained at T12 and T24. PCoA plot analyses showed a trend to the separation of pts and controls at all time-points yet the latter overlapped regardless of treatment status and length of cART. Lefse analyses (LDS >2.0) in HIV+ showed a significant increase of Veillonellaceae at T12 (p=0.007) and T24 (p=0.001) Desulfovibrionaceae at T24 (p=0.022) and Prevotellaceae at T24 (p=0.018). Further, many differences between pts and controls was detected in HIV+ . This persistent dysbiosis was associated with the continuous mucosal damage, despite cART introduction: I-FABP were positively correlated with Veillonellaceae both at T12 (r2=0.197; p=0.030;) and T24 (r2=0.156; p=0.017). Interestingly, when we stratified patients according to cART regimens, we found that only NNRTI-based therapy significantly reduced richness (observed: p=0.038; Chao1: p=0.006), but not evenness indexes over time. Furthermore, the relative abundance analyses showed a different profile at both family and genus levels, with NNRTI-based regimens significantly reducing the families of Coriobacteriaceae, Peptococcaceae and increasing the Veillonellaceae family. On the opposite, INSTI-based regimens resulted in decreased Peptococcaceae and increased Veillonellaceae families, as well as in higher Allisonella genus. No major effects following PI-based regimens were detected; no modifications about gut persistence score analysis as well as predicted functional metagenomic pathway analysis were found. Plasma microbiota analyses revealed no major changes of relative abundance parameters during cART and in comparison with uninfected controls. Decreased alpha-diversity was nonetheless found in HIV+ compared to controls (Shannon: p=0.02, Simpson: p=0.009) and persisted both at T12 and T24. CONCLUSIONS HIV-related modifications of the microbiota occur within the GI tract and not in the blood and are minimally affected by long-term effective cART, despite evidence of the containment of gut inflammation. These data suggest the ability of the virus to irreversibly impact the microbiological core of chronically-infected individuals.

Maternal microbiota during pregnancy, as well as maternal disease state, may impact offspring gut bacterial colonisation. Here, we explore the impact of maternal antibiotics during gestation and/or nursing on offspring gut microbiota. Further, we investigate the effect of preconception helminth infections on maternal and infant gut microbiota. For maternal antibiotic experiments, dams were fed vancomycin, polymyxin B, or both, in drinking water during gestation, nursing or gestation plus nursing, and their offspring microbiota analysed at 14 days of life, alongside immunity in the spleens. Offspring born to vancomycin treated mothers had significantly higher relative abundance of Proteobacteria and Tenericutes while maternal oral polymyxin B led to significantly lower abundance of Proteobacteria and Deferribacteres in infants. Maternal oral vancomycin led to significant reduction in proportions of infant central memory CD4+ T cells (CD4+CD44hiCD62Lhi) regardless of antibiotic timing. Effector memory CD4+ T cells were significantly lower in pups born to dams treated with polymyxin B while nursing while proportions of central memory CD4 T cells were significantly increased in gestation only or gestation plus nursing pups. In addition, oral vancomycin in dams during nursing resulted in significantly reduced proportions of both total and follicular B cells in offspring born to antibiotic treated dams. Pups born to Vancomycin treated mothers had a significant delay in growth when infected with Respiratory Syncytial Virus (RSV). On the other hand, pups born to mothers treated with Polymyxin B during gestation or gestation plus nursing were susceptible to Nippostrongylus brasiliensis (Nb) infection. In the second study, we infected female BALB/c mice with 500Nb L3 three weeks prior to mating and examined the effect of preconception helminth infection on offspring microbiota and immunity. Preconception Nb infections led to alterations of maternal gut microbiota during pregnancy. In addition, we observed dramatic differences in offspring microbiota in pups born to previously helminth infected dams. Coriobacteriaceae were predominant in pups born to previously Nb infected dams when compared to uninfected dams. Overall, manipulation of maternal microbiota during gestation or lactation profoundly impacts offspring growth, intestinal microbiota and immunity to RSV and helminths.

La métaprotéomique s’attache à identifier et quantifier les protéines d’échantillons biologiques complexes comme le microbiote intestinal humain. L’analyse de plusieurs centaines d’échantillons revêt un intérêt évident compte tenu de la reconnaissance croissante de cet écosystème en tant que partenaire santé. Cependant, les méthodes et protocoles utilisés jusqu’à ce jour en métaprotéomique ne sont pas adaptés à des études de grande ampleur. Nous avons développé des algorithmes, évalué et comparé plusieurs approches d’identification des peptides et protéines et proposé des critères d’évaluation systématiques, avec un intérêt particulier porté sur la réplicabilité des identifications, afin de développer un pipeline de prétraitement adapté à des études d’envergure. Ce travail apporte un socle méthodologique jusqu’ici manquant dans le domaine de la métaprotéomique du microbiote intestinal humain. Nous avons également comparé des méthodes de normalisation des XIC et développé une méthodologie d’imputation des données manquantes permettant d’affiner les estimations d’abondances obtenues par la méthode de SC. Ce travail de thèse a permis de mettre en évidence des biomarqueurs microbiens potentiellement d’intérêt pour prédire la réponse à un régime amaigrissant ou pour caractériser différents phénotypes de MICI. Nous avons également analysé le métaprotéome de plus de 200 patients dans le cadre de l’ANR ProteoCardis adossée au projet MetaCardis, et s’intéressant au lien possible entre microbiote intestinal et maladies cardiovasculaires. La recherche de protéines d’intérêt parmi ces données devrait permettre de découvrir des candidats biomarqueurs de maladies cardiovasculaires<br>Metaproteomics focuses on identifying and quantifying proteins in complex biological samples such as the human gut microbiota. The analysis of several hundred of samples is of interest given the growing recognition of this ecosystem as a health partner. However, the methods and protocols used so far in metaproteomics are not suitable for large-scale studies. We have therefore developed algorithms, evaluated and compared several identification approaches for peptides and proteins and proposed systematic evaluation criteria, with a particular interest in the replicability of identifications, in order to develop a pre-treatment pipeline suitable for wide-ranging studies. This work bring a methodological base so far missing in the field of the metaproteomics of the human gut microbiota. Quantification of peptides and proteins by XIC has never been performed on this type of data, we have also compared normalization methods and developed a methodology for imputing missing data to refine the abundance estimations obtained by the more classical method of SC. This thesis work has highlighted microbial biomarkers of potential interest for predicting the response to a slimming diet, or to characterize various phenotypes of IBD. We have also been able to analyse the metaproteome of more than 200 patients in the framework of the ProteoCardis ANR, which is ancillary to the European project MetaCardis, and which focuses on the potential link between gut microbiota and cardiovascular diseases. The search for proteins of interest among these data should allow us to discover protective or aggravating candidate biomarkers of cardiovascular diseases

De nos jours, le changement de style de vie et la consommation excessive d'aliments riches en énergie sont associés avec l'augmentation majeure de l'incidence des maladies métaboliques comme l'obésité et le diabète de type 2. Le diabète de type 2 est caractérisé, entre autre, par une augmentation de la production hépatique de glucose responsable d'une hyperglycémie chronique. Durant ces 10 dernières années, plusieurs études ont suggéré que le microbiote intestinal pouvait être impliqué dans le développement des maladies métaboliques. Le microbiote intestinal est composé de plusieurs milliards de bactéries réparties en plus de 1000 espèces différentes qui colonisent le tractus digestif. Plusieurs études ont montré que certaines pathologies comme le diabète et l'obésité sont caractérisées par des altérations taxonomiques et fonctionnelles du microbiote intestinal. De plus, la colonisation de souris axéniques (i.e. dépourvues de microbiote) par un microbiote intestinal provenant de souris ou d'Hommes obèses/diabétiques est suffisante pour induire la pathologie. Ces résultats suggèrent que les modifications du microbiote intestinal retrouvées chez les patients obèses/diabétiques sont potentiellement impliquées dans le développement des maladies métaboliques. Cependant, l'absence de microbiote intestinal chez les souris axéniques induit des altérations structurelles et fonctionnelles de l'intestin comme une hyperperméabilité intestinale ou un système immunitaire atrophié. Dans ces conditions, il est possible de se demander si les effets délétères induits par la colonisation des souris axéniques avec un microbiote modifié peuvent être observés chez des souris conventionnelles. Pour répondre à cette question nous avons développé un nouveau protocole de transfert de microbiote intestinal dans un modèle de souris conventionnelles. Nous avons transféré le microbiote contenu dans le caecum de souris obèses (" microbiote obèse ") et celui contenu dans le caecum de souris minces (" microbiote mince ") dans des souris conventionnelles non traitées aux antibiotiques. De manière surprenante, le transfert du " microbiote obèse " a induit une diminution de la glycémie à jeun associée à une baisse de la néoglucogenèse hépatique chez les souris transplantées. A l'inverse, le transfert du " microbiote mince " n'a pas modifié la néoglucogenèse. De plus, le transfert du " microbiote obèse " a induit des modifications taxonomiques et fonctionnelles du microbiote intestinal des souris transplantées. De manière intéressante, une fois nourries avec un régime hyperlipidique les souris ayant reçu le " microbiote obèse " ont conservé une glycémie à jeun plus faible que les souris non transplantées. Encore une fois, ce phénotype résulte d'une diminution de la production hépatique de glucose caractérisée par une baisse de l'activité des enzymes néoglucogéniques phosphoenolpyruvate carboxykinase et glucose-6-phosphatase. Par ailleurs, ces souris sont également moins grasses que les souris non transplantées. En conclusion, nous avons montré que le transfert d'un " microbiote obèse " peut moduler le métabolisme hépatique et prévenir l'augmentation de la néoglucogenèse hépatique normalement induite par le régime hyperlipidique chez des souris conventionnelles. Ces travaux de thèse ont montré d'une part, que la modification du microbiote intestinal de souris conventionnelles est possible par transfert de microbiote caecal. D'autre part et contre toutes attentes, ces résultats mettent en lumière que, contrairement aux observations faites chez les souris axéniques, le transfert d'un " microbiote obèse " dans une souris conventionnelle n'induit pas les phénotypes caractéristiques des maladies métaboliques. Par ailleurs, ce modèle de transfert caecal pourrait être utile pour la compréhension du rôle des bactéries intestinales sur le développement des maladies métaboliques<br>Nowadays, the change of lifestyle and increase in the consumption of high-calorie foods are associated with a marked rise of the prevalence of metabolic diseases, including obesity and type 2 diabetes. Type 2 diabetes is linked, at least in part, to an increase of hepatic glucose production responsible for a fasting hyperglycemia. In the past decade, an increasing body of evidence has proposed gut microbiota as a new factor contributing to these metabolic alterations. Gut microbiota consists of trillions of bacteria identifying more than 1000 different species that inhabit our intestine. A body of work has demonstrated that multiple pathologies such as type 2 diabetes and obesity are characterized by an altered proportion and activity of the gut microbiota. In addition, the colonization of germ-free mice with the gut microbiota from either obese/diabetic humans or obese/diabetic mice transfers the phenotype. These results suggest that the modifications of the gut microbiota found in obese/diabetic patients are a potential etiologic factor for those diseases. Nevertheless, the lack of microbiota in germ-free mice determines both structural and functional alterations such as gut hyperpermeability and the atrophy of the immune system. Therefore, we could wonder whether the detrimental effects of the gut microbiota from obese/diabetic patients observed in germ-free mice may also be observed in healthy conventional mice. To address this issue, we have developed a new gut microbiota transferring process from conventional mice to other mice. We have transferred the cecal microbiota harvested from either obese ("obese microbiota") or lean ("lean microbiota") mice in antibiotic-free conventional mice. Surprisingly, the mice which received the "obese microbiota" had a reduced fasted glycaemia compared to the mice which received the "lean microbiota". This diminution could be attributed to a decrease of the hepatic gluconeogenesis since conversion from pyruvate to glucose and phosphoenolpyruvate carboxykinase activity were lower in the liver of mice which received the "obese microbiota". Conversely, the transfer of the "lean microbiota" did not affect the hepatic gluconeogenesis. In addition, the transfer of the "obese microbiota" changed gut microbiota composition and the microbiome of recipient mice. Interestingly, mice which received the "obese microbiota" and fed a high-fat diet still exhibited reduced fed and fasted glycaemia. Once again, this phenotype was due to a decrease of hepatic gluconeogenesis characterized by a diminution of phosphoenolpyruvate carboxykinase and glucose-6-phosphatase activity. In addition, the mice which received the "obese microbiota" had less adiposity compared to the non-transferred mice. Finally, we reported that transferring the "obese microbiota" impact on hepatic metabolism and prevent HFD-increase hepatic gluconeogenesis. On the one hand, these thesis works, have demonstrated that it is possible to modify the gut microbiota by our caecal transferring process. On the other hand, our results suggest that the transfer of the "obese microbiota" in conventional mice does not induced some characteristics of metabolic diseases contrary to that it is observed in germ-free mice. Furthermore, this kind of gut microbiota transferring process may be useful for a better understanding of the etiology of metabolic diseases

La fermentation des fibres alimentaires est l’une des fonctions majeures du microbiote intestinal humain. Les bactéries fibrolytiques synthétisent un grand nombre d’enzymes, appelées Glycoside Hydrolases (GH), indispensables à la déconstruction de la grande variété structurelle des polysaccharides pariétaux que nous ingérons. Au cours de ce travail, nous avons exploré, grâce à une approche de métagénomique fonctionnelle, l’organisation et les propriétés des systèmes enzymatiques bactériens impliqués dans la dégradation des glycanes de parois végétales dans l’intestin humain.En premier lieu, nous avons cherché à déterminer si les bactéries de la muqueuse iléale étaient capables de dégrader les fibres pariétales dans un contexte sain. Cette fonction étant généralement décrite pour le microbiote colique par extrapolation de travaux menés à partir de selles humaines, nos connaissances de la dégradation des fibres dans la partie haute du tractus digestif sont donc très limitées. Un total de 20 000 clones issus du métagénome bactérien d’une partie saine de la muqueuse iléale d’un individu a été criblé pour des activités de dégradation de la carboxymethylcellulose et du xylane, deux substrats modèles des polysaccharides pariétaux. Douze clones métagénomiques positifs nous ont permis de mettre en évidence un arsenal de gènes bactériens codant pour des GH et d’autres protéines impliquées dans le métabolisme des fibres alimentaires dont certains organisés en PUL (Polysaccharide Utilization Loci), des clusters de gènes spécialisés dans la dégradation des polysaccharides complexes. Ces gènes proviennent de chromosomes bactériens assignés au genre Bacteroides ou à des espèces de Clostridiales, et codent pour des enzymes capables de dégrader également des β-glucanes à liaisons mixtes. L’étude de la prévalence de ces gènes dans les métagénomes de référence indique que plusieurs d’entre eux proviendraient de souches bactériennes plutôt spécifiques de la muqueuse iléale. De plus, certaines enzymes présentent des propriétés inédites potentiellement intéressantes dans le domaine biotechnologique. Nos recherches ont donc permis de revisiter la fonction fibrolytique du microbiote intestinal chez l’Homme et de proposer une localisation de cette fonction dès l’intestin grêle.Dans un second temps, en utilisant une approche méthodologique similaire, nous avons étudié la capacité du microbiote fécal d’un individu obèse à dégrader des polysaccharides pariétaux complexes, en général moins consommés par les individus obèses. Au total, nous avons identifié 50 clones appartenant à 14 espèces bactériennes des phyla suivants : Bacteroidetes, Firmicutes et Actinobacteria. Les inserts métagénomiques portent des gènes codant pour différentes familles de GH, impliquées dans la dégradation des polysaccharides d’intérêt. Les premières analyses de la prévalence de ces gènes chez plus d’une centaine d’individus (obèses ou non), par interrogations des catalogues de gènes microbiens de référence, suggèrent des associations avec le statut phénotypique « obèse »<br>Among the crucial functions of the intestinal microbiota, extracting energy from food such as dietary fibres is of major importance. Facing the huge diversity of incoming complex carbohydrates, the fibrolytic bacteria synthesize a set of diversified Carbohydrate-Active Enzymes (CAZymes) including Glycoside Hydrolases (GH) that specifically disrupt complex polysaccharides. Here, using functional metagenomic approaches, we explored the organization and properties of bacterial enzymatic systems involved in the breakdown of plant cell wall (PCW) glycans in the intestinal tract.Firstly, we investigated the capacity of the microbiota associated to the human ileum mucosa to degrade complex non-starch polysaccharides in a healthy context. This function has never been investigated in this part of the intestine, but it has been rather associated to microorganisms inhabiting the colon, due to more accessible fecal samples. Using a fosmid library derived from a healthy part of the human ileal mucosa, we screened 20,000 metagenomic clones for their activities against carboxymethylcellulose and xylan chosen as models of the major PCW polysaccharides from dietary fibres. Twelve positive clones revealed a broad range of CAZyme encoding genes from Bacteroides to Clostridiales species, as well as Polysaccharide Utilization Loci (PUL). Functional GH genes were identified and break-down products examined from different polysaccharides including mixed-linkage β-glucans. Revealed CAZymes and PUL were also examined for their prevalence in human gut microbiomes. Part of them belongs to unidentified strains rather specifically established in the ileum. Others were enzymes unclassified in identified GH families or with original properties addressing novel candidates for biotechnological applications. Thus, we evidenced for the first time that the ileal mucosa associated-microbiota encompasses the enzymatic potential for PCW complex polysaccharide degradation that might start in the small intestine.In a second time, by using the same methodology, we harvested the enzymatic capacities of the fecal microbiota from an obese person to disrupt complex polysaccharides from dietary fibres usually consumed in lower quantity in obese people. This study aimed at examining the links between genes encoding enzymes specifically dedicated to PCW complex carbohydrates and the obese phenotypic status using reference microbial gene catalogs. We screened a fecal metagenomic library from an obese individual on representative PCW substrates and identified 50 clones belonging to 14 different species from the Bacteroidetes, Firmicutes and Actinobacteria phyla. The metagenomic inserts harbor genes encoding enzymes from GH families specific from complex carbohydrate degradation. First querying of the prevalence of these genes in hundreds individuals (obese and control), using catalogs of reference microbial genes, suggest associations with the "obese" phenotypic status

Dissertação de Mestrado Integrado em Medicina Veterinária<br>Investigations of the relationships between the gut microbiota and gastrointestinal parasitic nematodes are attracting growing interest by the scientific community. These studies have however been carried out mainly in humans and experimental animals, while knowledge of the make-up of the gut commensal microbiota in presence or absence of infection by parasitic nematodes in domestic animals is limited. In this study, we investigate the qualitative and quantitative impact that infections by a widespread parasite of cats (i.e. Toxocara cati) exert on the gut microbiota of feline hosts. The faecal microbiota of cats with patent infection by T. cati (= Tc+), as well as that of negative controls (= Tc-) was examined via high-throughput sequencing of the V3-V4 hypervariable region of the bacterial 16S rRNA gene, followed by bioinformatics and biostatistical analyses of sequence data. A total of 2,325,366 useable high-quality sequences were generated from the faecal samples analysed in this study and subjected to further bioinformatics analyses, which led to the identification of 128 OTUs and nine bacterial phyla, respectively. The phylum Firmicutes was predominant in all samples analysed (mean of 53.0%), followed by the phyla Proteobacteria (13.8%), Actinobacteria (13.7%) and Bacteroidetes (10.1%). Among others, bacteria of the order Lactobacillales, the family Enterococcaceae and genera Enterococcus and Dorea showed a trend towards increased abundance in Tc+ compared with Tc- samples, while no significant differences in OTU richness and diversity were recorded between Tc+ and Tcsamples (P = 0.485 and P = 0.581, respectively). However, Canonical Correlation and Redundancy Analyses were able to separate samples by infection status (P = 0.030 and P = 0.015, respectively), which suggests a correlation between the latter and the composition of the feline faecal microbiota.<br>RESUMO - Alterações na microbiota intestinal felina associadas a infecções por Toxocara cati - A investigação das interações entre a microbiota intestinal e os nematodes intestinais tem vindo a atrair o interesse da comunidade cientifica. No entanto, a maioria destes estudos tem sido desenvolvida em humanos e animais de laboratório, e deste modo o conhecimento da composição da microbiota comensal do intestino na presença de nematodes intestinais é reduzido. Neste estudo, foi investigado o impacto qualitativo e quantitativo da infeção pelo parasita comum dos gatos (i.e. Toxocara cati) na microbiota intestinal do hospedeiro felino. A microbiota fecal de gatos com infeção patente por T. cati (Tc+), bem como controlos negativos (Tc-) foi avaliada através de sequenciação de alto débito da região hiper-variável V3-V4 do gene 16S, seguido de análise bioinformática e bioestatística. Das amostras fecais incluídas no estudo foram obtidas um total de 2 325 366 sequências de alta qualidade e sujeitas a analise bioinformática, o que levou à identificação de 128 OTUs e nove filos bacterianos. O filo Firmicutes foi encontrado em predominância em todas as amostras (média de 53,0%), seguido do filo Proteobacteria (13,8%), Actinobacteria (13,7%) e por fim Bacteroidetes (10,1%). A abundância de determinados grupos de bactérias tendeu a aumentar nas amostras Tc+ quando comparadas com as amostras Tc-, tais como a ordem Lactobacillales, a família Enterococaceae e o género Enterococcus e Dorea. No entanto, a riqueza e diversidade das OTUs não apresentou diferenças significativas entre as amostras Tc+ e Tc- (P=0,485 e P=0,581, respetivamente). Todavia, a análise canónica de redundância demonstrou uma separação das amostras de acordo com o estado de infeção (P=0,030 e P=0,015, respetivamente), o que sugere uma correlação entre este e a composição da microbiota fecal felina.<br>N/A

Els trastorns funcionals gastrointestinals (síndrome de l'intestí irritable) i la malaltia inflamatòria intestinal presenten una inflamació crònica del tracte gastrointestinal. Encara que la seva patogènia no es coneix totalment, totes dues malalties resulten de la interacció de la microbiota amb factors ambientals que convergeixen en individus genèticament susceptibles, donant lloc a una activació anòmala del sistema immune. Els antibiòtics amb activitat immunomoduladora són una opció terapèutica interessant per la seva acció simultània davant la microbiota i la reacció immunitària. La rifaximina és un antibiòtic no absorbible aprovat pel tractament de la síndrome de l'intestí irritable amb diarrea i amb efectes beneficiosos en la malaltia inflamatòria intestinal. No obstant, es desconeix el seu mecanisme d'acció i la contribució dels seus efectes antimicrobians i immunomoduladors. Aquest treball explora el mecanisme d'acció de la rifaximina en ratolins sans i durant la inflamació intestinal aguda. Es valoraren els efectes de la rifaximina en animals sans i en animals amb colitis aguda, utilitzant el model de colitis induïda per dextrà sulfat sòdic (DSS, 3% en aigua, 5 dies). Els ratolins es tractaren preventivament amb rifaximina o doxiciclina (control positiu). Es valoraren els signes clínics d'inflamació del còlon (macroscòpicament i histopatologia) en la necròpsia. La microbiota ceco-còlica, luminal i adherida a l'epiteli, es caracteritzarà mitjançant: hibridació in situ fluorescent (FISH), polimorfismes de longitud de fragments de restricció (T-RFLP) i seqüenciació del 16S ARNr. La resposta immune local i els mecanismes de interacció hoste-microbiota es valoraren determinant canvis en l'expressió gènica (RT-qPCR) de citocines pro- i antiinflamatòries, pèptids antimicrobians i receptors de tipus Toll (TLRs). En animals sans, la rifaximina no va modificar els recomptes totals, la biodiversitat o la adherència a la paret del còlon dels bacteris ceco-còlics. Només es van observar canvis menors en l'expressió de TLRs o d'altres marcadors de tipus immune. Els animals que van rebre DSS van mostrar signes clínics indicatius del desenvolupament de colitis, amb regulació a l'alça en l'expressió de marcadors immunes, incloent el pèptid antimicrobià RegIII&#611;. La rifaximina no va afectar el curs clínic de la colitis ni l'expressió d'aquests marcadors. Per contra, la doxiciclina va atenuar les dues respostes. Independentment del tractament aplicat, només es van observar canvis menors en l'expressió de TLRs. L'expressió del receptor X de pregnà (PXR) va disminuir durant la inducció de la colitis, un canvi no modificat per la rifaximina, però que es va prevenir amb la doxiciclina. La colitis va induir una disbiosi caracteritzada per un augment de Verrucomicrobia i Deferribacteres amb un descens de Bacteroidetes, mantenint-se la diversitat de tipus alfa. Durant el tractament amb rifaximina, amb o sense colitis, es va mantenir la biodiversitat, amb una composició bacteriana molt similar a l'observada en animals sans. Els animals tractats amb doxiciclina van mostrar canvis extensos en la microbiota, amb similituds entre els grups inflamat i no inflamat. Concretament, la doxiciclina va reduir els grups Clostridiales patogènics, mentre que va augmentar els Clostridia grup XIVa, Lactobacillus i Ruminococcus, considerats grups beneficiosos. Aquests resultats mostren que en animals sans la rifaximina presenta una activitat antimicrobiana i immunomoduladora limitada. En estat de colitis, la rifaximina no manifesta efectes immunomoduladors ni antimicrobians consistents amb una activitat antiinflamatòria. No obstant això, aquestes accions no es poden excloure en humans, explicant els efectes beneficiosos observats clínicament. Tenint en compte que en humans la rifaximina actuaria a través dels PXR, és possible que el model de colitis induïda per DSS en ratolí no sigui l'adequat per estudiar el seu mecanisme d'acció. (...)<br>Los trastornos funcionales gastrointestinales (síndrome del intestino irritable) y la enfermedad inflamatoria intestinal presentan una inflamación crónica del tracto gastrointestinal. Aunque su patogenia no se conoce totalmente, ambas enfermedades resultan de la interacción de la microbiota con factores ambientales que convergen en individuos genéticamente susceptibles, dando lugar a una activación anómala del sistema inmune. Los antibióticos con actividad inmunomoduladora son una opción terapéutica interesante por su acción simultánea frente la microbiota y la reacción inmunitaria. La rifaximina es un antibiótico no absorbible aprobado para el tratamiento del síndrome del intestino irritable con diarrea y con efectos beneficiosos en la enfermedad inflamatoria intestinal. Sin embargo, se desconoce su mecanismo de acción y la contribución de sus efectos antimicrobianos e inmunomoduladores. Este trabajo explora el mecanismo de acción de la rifaximina en ratones sanos y durante la inflamación intestinal aguda. Se valoraron los efectos de la rifaximina en animales sanos y en animales con colitis aguda, utilizando el modelo de colitis inducida por dextrano sulfato sódico (DSS, 3% en agua, 5 días). Los ratones se trataron preventivamente con rifaximina o doxiciclina (control positivo). Se valoraron los signos clínicos de inflamación y el estado del colon (macroscópicamente e histopatología) en el momento de la necropsia. La microbiota ceco-cólica, luminal y adherida al epitelio, se caracterizó mediante: hibridación in situ fluorescente (FISH), polimorfismos de longitud de fragmentos de restricción (T-RFLP) y secuenciación del 16S ARNr. La respuesta inmune local y los mecanismos de interacción hospedador-microbiota se valoraron determinando cambios en la expresión génica (RT-qPCR) de citoquinas pro- y anti-inflamatorias, péptidos antimicrobianos y receptores de tipo Toll (TLRs). En animales sanos, la rifaximina no modificó los recuentos totales de bacterias ceco-cólicas, su biodiversidad o la adherencia bacteriana a la pared del colon. Sólo se observaron cambios menores en la expresión de TLRs o de otros marcadores de tipo inmune. Los animales que recibieron DSS mostraron signos clínicos indicativos del desarrollo de colitis, con regulación al alza en la expresión de marcadores inmunes, incluyendo al péptido antimicrobiano RegIII&#611;. La rifaximina no afectó el curso clínico de la colitis ni la expresión de dichos marcadores. Por el contrario, la doxiciclina atenuó ambas respuestas. Con independencia del tratamiento aplicado, sólo se observaron cambios menores en la expresión de TLRs. La expresión del receptor X de pregnano (PXR) disminuyó durante la inducción de la colitis, un cambio no modificado por la rifaximina, pero que se previno con la doxiciclina. La colitis indujo una disbiosis caracterizada por un aumento de Verrucomicrobia y Deferribacteres con un descenso de Bacteroidetes, manteniéndose la diversidad de tipo alfa. Durante el tratamiento con rifaximina, con o sin colitis, se mantuvo la biodiversidad, con una composición bacteriana muy similar a la observada en animales sanos. Los animales tratados con doxiciclina mostraron cambios extensos en la microbiota, con similitudes entre los grupos inflamado y no inflamado. Concretamente, la doxiciclina redujo los grupos Clostridiales patogénicos, mientras que aumentó los Clostridia grupo XIVa, Lactobacillus and Ruminococcus, considerados grupos beneficiosos. Estos resultados muestran que en animales sanos la rifaximina presenta una actividad antimicrobiana e inmunomoduladora limitada. En estado de colitis, la rifaximina no manifiesta efectos inmunomoduladores ni antimicrobianos consistentes con una actividad anti-inflamatoria. Sin embargo, estas acciones no pueden excluirse en humanos, explicando los efectos beneficiosos observados clínicamente. (...)<br>Inflammation of the gastrointestinal tract is a common component of functional gastrointestinal disorders (irritable bowel syndrome, IBS and inflammatory bowel disease, IBD). Evidences indicate that both arise because of a convergence of altered microbiota and external environmental factors in genetically susceptible individuals, leading to abnormal immune responses and the development of persistent inflammation, through a mechanism not fully understood. Given the important role of the microbiota and the immune system in their pathogenesis, immunomodulatory antibiotics are an interesting therapeutic approach, targeting simultaneously the microbiota and the exacerbated inflammatory response. Rifaximin is a non-absorbable antibiotic approved for the treatment of IBS with diarrhea and with beneficial effects in IBD. However, the mechanisms mediating these effects and the exact contribution of its antimicrobial and immunomodulatory activities are not fully understood. This work explores the mechanisms of action of rifaximin modulating gut microbiota and the local immune system in a healthy state and during acute intestinal inflammation using a dextran sulfate sodium (DSS)-induced colitis mouse model. First, healthy female mice were treated with either vehicle or rifaximin during 7 or 14 days. In a second study, colitis was induced with DSS (3% in water, 5 days). Mice were treated, in a preventive manner, with either rifaximin or doxycycline, serving as positive control. Daily clinical signs were recorded. At necropsy, colonic inflammation was assessed (macroscopic signs and histopathology). Luminal and wall-adhered ceco-colonic microbiota were characterized by fluorescent in situ hybridization (FISH), terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) and 16S rRNA gene sequencing. Local immune responses and host-bacterial interactions were determined assessing the expression (RT-qPCR) of pro- and anti-inflammatory cytokines, antimicrobial peptides and Toll-like receptors (TLRs). In healthy mice, rifaximin did not modify neither total ceco-colonic bacterial counts not microbial biodiversity. Moreover, rifaximin was associated to a minor upregulation of TLRs expression, without changes in the expression of immune-related markers. Animals receiving DSS showed clinical signs indicative of the development of colitis. Rifaximin did not affect the clinical course of colitis, while doxycycline attenuated clinical signs. Similarly, colitis-associated up-regulation of immune-related markers was not affected by rifaximin, while doxycycline completely prevented this response. As it relates to host-bacterial interaction markers, colitis selectively up-regulated the antimicrobial peptide RegIII&#611;, while it had minor effects on TLRs expression. Rifaximin did not affect colitis-associated RegIII&#611; up-regulation, while doxycycline completely normalized its expression. The pregnane X receptor (PXR) was down-regulated during colitis, a change not affected by rifaximin but prevented by doxycycline. DSS-induced colitis was associated to a dysbiotic state characterized by an increase in Verrucomicrobia and Deferribacteres and a simultaneous decrease in Bacteroidetes; with a maintenance of alpha diversity. During rifaximin treatment, with or without colitis, bacterial richness was maintained, with a bacterial composition closely related to that observed in healthy animals, vs. that observed during colitis. Doxycycline-treated animals showed extensive changes in their microbiota, with similarities between the inflamed and non-inflamed conditions. Particularly, doxycycline reduced pathogenic Clostridiales, while increased Clostridia cluster XIVa-related, Lactobacillus and Ruminococcus, considered beneficial groups. (...)