Étude de l'effet de la colonisation des nouveau-nés par des souches de Escherichia coli génotoxiques sur le développement et la fonctionnalité de la barrière intestinale

par Delphine Payros

Thèse de doctorat en Microbiologie

Sous la direction de Eric Oswald et de Pascale Plaisancie.

Soutenue en 2012

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Au cours du développement post-natal, le microbiote intestinal interagit intimement avec l'hôte et module à la fois la différenciation de l'épithélium intestinal et la maturation du système immunitaire. Hôte commun de la microflore commensale intestinale de l'Homme et des animaux à sang chaud, E. Coli s'établit dans le tractus digestif dès les premières heures ou jours qui suivent la naissance. E. Coli est alors une des espèces bactériennes dominantes de la flore du nouveau-né avant de devenir la bactérie aérobie facultative pre��dominante au sein du microbiote adulte. Certaines souches commensales de E. Coli sont capables d'induire des dommages à l'ADN dans les entérocytes. La génotoxicité des ces souches résulte de la production d'une toxine, la Colibactine, synthétisée à partir de synthases de polycétides et de peptides non ribosomaux. Cette voie de biosynthèse est codée par un îlot génomique appelé pks. Plusieurs études épidémiologiques récentes montrent que plus de 30% des jeunes enfants âgés de trois jours sont colonisés par des E. Coli qui portent l'îlot pks. Afin d'analyser les effets à long terme de la colonisation précoce des nouveau-nés par des souches de E. Coli génotoxiques, nous avons développé un modèle animal expérimental qui mime la transmission naturelle des E. Coli du microbiote de la mère au nouveau-né. Pour cela, des femelles rats gestantes sont gavées avec une souche commensale humaine génotoxique (E. Coli WT), son mutant isogénique non génotoxique (E. Coli DeltaclbA) ou le mutant complémenté (E. Coli DeltaclbA+clbA) pour lequel la production de la Colibactine a été restaurée. Après la naissance, la transmission des souches bactériennes et la persistance de la colonisation chez les nouveau-nés ont été évaluées. En parallèle, les dommages à l'ADN occasionnés par ces souches sur l'épithélium intestinal ont été comparés sur une période de 100 jours. Enfin, le développement et la maturation de l'épithélium intestinal ainsi que sa fonction de barrière ont été analysés sur cette même période. Les souches de E. Coli, produisant ou non la Colibactine, sont transmises à la descendance et colonisent de manière stable le tractus digestif tout au long de la vie de l'animal. Dès le deuxième jour après la naissance, des cassures double-brin de l'ADN (CDB) ont été observées dans les entérocytes des ratons colonisés par la souche de E. Coli WT ou E. Coli DeltaclbA+clbA complémentée mais sont absentes chez les nouveau-nés colonisés par le mutant E. Coli DeltaclbA. Si de manière surprenante, aucune CDB n'a été détectée chez ces rats devenus adultes (100 jours), une fraction des cellules en mitose présente en revanche des signes de persistance des CDB : des ponts anaphasiques sont observés chez les animaux adultes colonisés par des souches génotoxiques. L'étude des conséquences du portage à long terme de souches génotoxiques sur le développement de l'épithélium intestinal, a révélé une augmentation significative de la prolifération et de l'apoptose des entérocytes corrélée avec une augmentation de la vitesse de migration de ces cellules épithéliales le long de l'axe crypte-villosité chez les animaux exposés à des souches génotoxiques depuis la naissance. De plus, une augmentation du nombre des cellules entéroendocrines et des cellules de Paneth a été constatée chez ces mêmes animaux. Les répercussions des perturbations précédemment observées sur la fonction de la barrière intestinale ont été analysées ex vivo en chambres de Ussing et montrent une augmentation de la perméabilité intestinale chez les rats colonisés depuis la naissance par des souches génotoxiques en comparaison à des animaux colonisés par le mutant non génotoxique. Ainsi, la colonisation du nouveau-né par des E. Coli génotoxiques altère non seulement le développement et la maturation de l'épithélium intestinal à l'âge adulte mais également son intégrité. Ces modifications ont clairement des conséquences physiopathologiques pour l'hôte qui dépassent une prédisposition au développement de cancers colorectaux.

  • Titre traduit

    The genotoxicity of commensal escherichia coli colonizing newborns influences the intestinal barrier at adulthood


  • Résumé

    During early development, intestinal microbiota intimately interacts with the host gastrointestinal (GI) tract and modulates epithelial cell differentiation and immune system maturation. Escherichia coli is one of the first bacteria colonizing the GI tract of mammals and humans within a few days after birth and become the predominant facultative anaerobic bacteria in the adult microbiota. Certain commensal E. Coli are able to induce DNA damage in eukaryotic cells. Genotoxicity of such E. Coli strains is known to result from Colibactin synthesis, an hybrid peptide polyketide product able to induce DNA double strand breaks in enterocytes. The biosynthesis pathway of Colibactin is encoded by a genomic island called pks. Several recent epidemiologic studies showed that more thirty per cent of three days old infants are colonized by E. Coli pks+. To analyze the long-term effects of colonization early in life by genotoxic E. Coli strains, we developed an animal model that mimics the natural transmission of E. Coli from the mother' to the neonate through direct contact with the maternal microbiota. Pregnant WISTAR rats were fed with a human genotoxic wild-type commensal E. Coli (E. Coli WT), an isogenic non-genotoxic mutant (E. Coli DeltaclbA), or an isogenic complemented mutant (E. Coli DeltaclbA+clbA) for which genotoxicity was restored. After delivery, pups' colonization and DNA-damages in enterocytes were monitored during 100 days. In addition, we analyzed gut development and maturation over the same period. E. Coli strains, producing or not Colibactin, were transmitted to the offspring and stably colonized the gut. DNA double strand breaks (DSBs) were observed in enterocytes of newborn rats colonized by E. Coli WT or E. Coli DeltaclbA+clbA complemented strain but were absent in newborn rats colonized by E. Coli DeltaclbA mutant. Interestingly, such genotoxicity was not detected in adults but a mitotic cells pool present signs of DSBs' persistence: with an an increased in number of anaphasic bridges was observed unin adult animals colonized since birth by genotoxic strains. In adult animals, tThe numbers of proliferating and apoptotic cells along were also significantly increased in the intestinal crypts of rats exposed to genotoxic E. Coli strains as compared to non-genotoxic E. Coli DeltaclbA mutant and this was correlated with an increase of intestinal epithelial cells migration along the crypt-villus axis in rats colonized with the genotoxic E. Coli strains. MoreoverIn addition, the numbers of enteéroendocrines cells and Paneth cells were increased in small intestine of the same animals. Finally, ex-vivo analysis of the intestinal barrier using Ussing chambers demonstrated that paracellular permeability to 4kDa dextran-FITC flux was increased in rats colonized by the genotoxic E. Coli strains as compared to rats colonized by the isogenic non-genotoxic DeltaclbA mutant. The genotoxicity of commensal E. Coli colonizing the newborns has long-lasting consequences on intestinal epithelium integrity, development and maturation at adulthood. These bacteria could be of major concerns since they are increasingly isolated from neonates in Europe and the USA.

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  • Détails : 1 vol. (171 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 154-171

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2012 TOU3 0356
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