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2020-2023

Amélioration de la résistance à la colonisation du microbiote intestinal contre les entérocoques résistants à la vancomycine : preuve de concept en modèle préclinique chez la souris et recherche de mécanismes

• Doctorant : Alan JAN
• Encadrant : Lionel RIGOTTIER-GOIS (MICALIS, Département MICA)
• Cofinancement : 50% INRAE / 50% ED ABIES (AgroParisTech)

Le tractus gastro-intestinal est un réservoir d'agents pathogènes opportunistes ou pathobiontes, qui bénéficient du déséquilibre du microbiote intestinal ou dysbiose pour proliférer chez les patients prédisposés. Les entérocoques résistants à la vancomycine (ERV) proviennent du tractus gastro-intestinal, où leur prolifération précède leur dissémination dans la circulation sanguine et lymphatique et l’infection. Comprendre les mécanismes responsables de la résistance à la colonisation intestinale aux ERV est essentiel pour lutter contre les infections et limiter la propagation de la résistance aux antibiotiques. Des études récentes ont montré l'efficacité de l'utilisation de bactéries commensales comme stratégie pour améliorer la résistance à la colonisation du microbiote intestinal contre les entérocoques. Le projet vise à élucider le(s) mécanisme(s) de résistance à la colonisation contre les entérocoques par des bactéries commensales dans un modèle murin préclinique. Pour atteindre cet objectif, nous combinerons des techniques de séquençage à haut débit, de modélisation mathématique et d’écologie microbienne de la dynamique du microbiote intestinal en modèle murin. Les connaissances acquises permettront de proposer des bactéries commensales comme alternatives ou compléments aux antibiotiques et comme marqueurs de risque de prolifération de pathobiontes induite par les antibiotiques.

2019-2022

Compréhension systémique des interactions microbiennes et de la fermentation ruminale

• Doctorant : Ibrahim FAKIH
• Encadrants : Rafael MUNOZ-TAMAYO (MOSAR, Département PHASE), Evelyne Forano (MEDIS, Département MICA)
• Cofinancement : 50% INRAE / 50% Lallemand Animal Nutrition

Le microbiote du rumen joue un rôle essentiel dans la nutrition des ruminants en dégradant et fermentant les aliments, les transformant ainsi en source d’énergie et de protéines pour l’hôte. Afin d’optimiser ces fonctions, il est nécessaire de connaitre les mécanismes impliqués et de pouvoir prédire l’effet de facteurs biotiques ou abiotiques sur la structure et l’activité de cet écosystème complexe. Le développement des approches omiques a permis une description de la composition du microbiote ruminal, de son potentiel génomique, et de son activité pour ce qui concerne quelques fonctions ciblées. Cependant, nous ne savons toujours pas décrire précisément le fonctionnement de l’écosystème au niveau du microbiote, optimiser son fonctionnement à long terme et prédire son évolution suite à différentes perturbations. Dans cet objectif, la modélisation mathématique offre une approche puissante pour mieux comprendre le fonctionnement de l’écosystème ruminal. Le projet de thèse vise à améliorer notre compréhension du fonctionnement du rumen à l’échelle systémique, en développant une approche multidisciplinaire intégrant une caractérisation du métabolisme microbien à l’aide d’approches omiques, et le développement de modèles à l’échelle génomique de microbes du rumen. Les interactions microbiennes seront étudiées in vitro selon une approche d’écologie synthétique de type « bottom-up » à l’aide de mini consortia composés de microorganismes clés du rumen représentant les principales fonctions de cet écosystème (cellulolyse, amylolyse, protéolyse, méthanogenèse) et dont le génome est connu. Les mini-consortia testés seront de complexité croissante, et seront complémentés par la levure Saccharomyces cerevisiae, afin de modéliser l’effet de ce probiotique, utilisé comme additif en nutrition animale, sur les activités microbiennes.

2019-2022

Chymotrypsine épithéliale : impact sur l’interface hôte-biofilm microbien intestinal

• Doctorant : Simon GUIGNARD
• Encadrants : Chrystelle BONNART, Nathalie VERGNOLLE (IRSD, Département MICA)
• Cofinancement : 50% INRAE / 30% INSERM / 20% Université de Calgary

Les protéases exercent différentes fonctions physiologiques importantes pour le maintien de notre santé digestive. La chymotrypsine (CTR) est une protéase pancréatique qui semble posséder des fonctions extrapancréatiques. En effet, nos résultats indiquent une source épithéliale importante dans l’intestin humain et murin (grêle et colon). De ce fait, la chymotrypsine pourrait exercer un rôle majeur à l’interface épithélium microbiote. Nous émettons l’hypothèse dans le cadre d’un projet de thèse, que la chymotrypsine épithéliale intestinale peut exercer à la fois un contrôle autocrine sur la cellule épithéliale et avoir un effet paracrine sur l’architecture du biofilm microbien intestinal. Nous avons d’ores et déjà démontré la capacité de cette enzyme à activer une signalisation intra-épithéliale de type MAPK et une mobilisation calcique en clivant le récepteurPAR2 épithélial. L’étude des conséquences de cette activation sur la biologie de la cellule épithéliale et sur la barrière intestinale feront partie des objectifs de ce projet doctoral. Dans des travaux préliminaires, nous avons montré que des protéases de l’hôte sont capables de modifier les caractéristiques physiques et biologiques du biofilm microbien intestinal. Une autre question sera donc d’établir si la CTR peut jouer un rôle sur la structure et les fonctions du biofilm microbien intestinal. D’après des données de la littérature, des propriétés anti-inflammatoires sont attribuées à la chymotrypsine, mais aucune étude n’a montré ces effets dans un contexte d’inflammation intestinale. Nous évaluerons si l’administration de chymotrypsine peut améliorer l’état de la muqueuse digestive et de son biofilm bactérien, dans des modèles d’inflammation intestinale chez la souris. Cette recherche devrait faire la lumière sur le rôle de l’un des acteurs protéolytiques de la muqueuse intestinale, la chymotrypsine et sur son implication à l’interface hôte-microbiote.

2021 - 2024

Étude de la transmission du microbiote des graines et de son impact sur le phénotype de la jeune plante

• Doctorant : Gontran ARNAULT
• Encadrants : Marie SIMONIN, Matthieu BARRET
• Cofinancement : 50% INRAE / 50% Région Pays-de-la-Loire

Malgré le rôle central des semences pour la production alimentaire et le maintien de la biodiversité végétale, les études sur le microbiote des graines sont encore minoritaires. Par conséquent, les connaissances sont encore limitées sur le rôle de ce microbiote durant les premiers stades de la vie végétale, en particulier lors de la germination et la levée. Les graines possèdent un microbiote diversifié mais les relations causales entre la composition du microbiote des semences et le phénotype de la jeune plante n'ont pas été établies. Obtenir une meilleure compréhension de la dynamique et de l’influence de ce microbiote durant l'établissement des cultures est particulièrement opportune car l'industrie semencière se prépare à une révolution majeure dans les traitements des semences associée à la réduction de l'utilisation des pesticides de synthèse. Dans ce contexte, ce projet de thèse propose d’utiliser des approches d’écologie synthétique qui permettent d’étudier la dynamique d’un microbiote de composition connue (communauté synthétique) et son impact sur le phénotype de l’hôte de manière contrôlée. En particulier, la première partie de ce projet de thèse portera sur l’étude de la transmission du microbiote des graines à la plantule, afin de déterminer quelle fraction constitue réellement « l’inoculum primaire » de la plante. Dans une seconde partie, l’effet de ce microbiote sur différents traits végétaux sera évalué via du phénotypage haut-débit par digital imaging, et caractérisation du métabolome de la plantule. La dernière partie de ce travail consistera à identifier les souches/consortias et fonctions microbiennes impliqués dans la modification du phénotype de la plantule via des reconstructions ciblées de communautés synthétiques et par génomique comparative.

2020-2023

Impact des compétitions intermicrobiennes via les systèmes de sécrétion de type VI (T6SS) sur la dynamique du microbiote des graines

• Doctorant : Tiffany GARIN
• Encadrants : Alain SARNIGUET, Matthieu BARRET (IRHS, SPE)
• Cofinancement : 50% INRAE / 50% Pays-de-la-Loire

Pour exploiter les associations bénéfiques graines-microbiotes en agriculture, il est nécessaire de comprendre comment s’assemble ces microbiotes et quelles sont leurs dynamiques pendant les étapes précoces de développement de la plante. L’habitat offert par les graines est assez réduit en espace et en ressources ce qui induit une sélection et un fort goulot d’étranglement des populations microbiennes. En conséquence, la diversité du microbiote de la graine est plutôt limitée et avec peu de taxons dominants en comparaison des autres habitats de la plante. Néanmoins une diversité importante est maintenue dans les assemblages microbiens des graines. La composition et les fonctions des assemblages sont en partie expliquées par des capacités métaboliques microbiennes diversifiées. Les compositions des microbiotes peuvent être aussi régulées par des interactions intermicrobiennes au moyen d’armes antimicrobiennes spécifiques. Certains phyla bactériens dominants des graines possèdent de telles armes comme les systèmes de sécrétion de type VI (ou T6SS) ciblant d’autres microorganismes avec des effecteurs antimicrobiens. A ce jour la contribution de tels systèmes de sécrétion dans l’assemblage du microbiote des graines et implicitement dans les performances des graines n’est pas connue. Le projet vise à explorer le rôle de T6SS bactériens dans la dynamique d’assemblage de microbiotes de graine de brassicacées et leur impact directs ou indirects sur la transmission d’agents pathogène par la graine.

2021 - 2024

Ecological engineering and maintenance of methane oxidation in photogranules under selection pressure

• Doctorant :en cours de recrutement
• Encadrants : Kim MILFERSTEDT, Jérôme HAMELIN (LBE, MICA)
• Cofinancement : 50% INRAE / 50% région Occitanie

We suggest exploring ecosystem functioning of the microbiome in methanotrophic photogranules. Methane removal in photogranules is a potentially fragile ecosystem function as it competes with other heterotrophic processes for oxygen. Finding ways to ecologically engineer a stable methanotrophic community is a prerequisite for a biotechnological application, in which the potent greenhouse gas methane needs to be removed from a waste stream. The PhD student will acquire measurements of photogranule activity as a function of photogranule phenotype, light exposure and competitive pressure resulting from coalescence with allochthonous microbial communities. The data will enable the PhD student to suggest levers that enable the assembly and maintenance of a photogranulated, methanotrophic industrial microbiome removing the greenhouse gas methane from methane-rich effluents. A novel mathematical model bridging the scale of individual photogranules and the bioreactor will be calibrated using the data. An international network of existing collaborations frames this thesis, which will provide opportunities for the PhD candidate.