Rôle des Bile Salt Hydrolases (BSH) des lactobacilles probiotiques dans le contrôle de la giardiose

par Thibault Allain

Thèse de doctorat en Microbiologie

Sous la direction de Luis Gilberto Bermúdez-Humarán.


  • Résumé

    Giardia duodenalis est le protozoaire responsable de la giardiose, la parasitose intestinale la plus répandue dans le monde. Cette infection se caractérise par une malabsorption intestinale, des diarrhées, une perte de poids et des douleurs abdominales intenses chez l’Homme et de nombreux mammifères. Par ailleurs, cette maladie dont l’impact en santé publique et vétérinaire est reconnu, peut entraîner d’importantes déficiences nutritionnelles en particulier chez les sujets jeunes. L’infection est causée par l’ingestion de kystes de Giardia duodenalis (syn. G. lamblia, G. intestinalis) présents dans les aliments ou l’eau contaminée. Infectieux à très faibles doses, ces kystes survivent pendant plusieurs semaines dans l’environnement et sont résistants aux différents désinfectants. Suite au dékystement, la forme végétative de Giardia, le trophozoïte, adhère à l’épithélium intestinal au niveau des parties supérieures de l’intestin grêle et se multiplie, causant les symptômes. Cette phase se termine par un nouvel enkystement et l’excrétion de kystes par les fèces. Le nombre croissant d’infections liées à la contamination de l’eau potable, à l’émergence de souches résistantes aux médicaments disponibles, à la fréquence des échecs thérapeutiques et à l’importance des effets secondaires associés aux traitements font de cette maladie un sujet d’actualité de plus en plus préoccupant qui nécessite le développement de traitements alternatifs. Il est désormais bien établi que le microbiote et/ou certaines souches de bactéries probiotiques ont un impact bénéfique dans la giardiose. En particulier, la bactérie probiotique Lactobacillus johnsonii La1 (LjLa1) a un rôle protecteur contre la croissance de Giardia in vitro et in vivo. Nous avons cherché dans ce travail de Thèse à décrypter les mécanismes moléculaires associés à l’effet inhibiteur des facteurs sécrétés par LjLa1. Nous avons montré qu’in vitro, LjLa1 agissait en libérant des enzymes de type Bile Salt Hydrolases (BSH) qui modifient alors des composants de la bile non-toxiques pour le parasite (sels biliaires conjugués) en des composants toxiques (sels biliaires déconjugués). Les 3 gènes BSH codés dans le génome de LjLa1 ont été clonés chez Escherichia coli et les protéines taguées histidine purifiées pour étudier leurs propriétés biochimiques et biologiques. Obtenues sous forme active, nous avons pu en définir les spécificités de substrats et montrer qu’elles sont capables d’inhiber significativement la croissance de G. duodenalis in vitro et in vivo, dans un modèle murin de la giardiose (souriceaux OF1 non sevrés). En parallèle, nous avons identifié, à l’issue d’un large criblage de souches de lactobacilles selon leur activité anti-Giardia in vitro, une souche probiotique aux effets inhibiteurs comparables à ceux de LjLa1 : Lactobacillus gasseri CNCM-4884. Administrée in vivo dans le modèle murin de la giardiose, cette souche a réduit de 93% la charge parasitaire dans l'intestin grêle des nouveaux nés et a également réduit de façon significative le nombre de kystes libérés dans l’environnement, permettant ainsi de réduire la transmission de Giardia. Des travaux parallèles ont été réalisés au cours de ce projet de Thèse, notamment le développement d’outils de moléculaire pour l’expression hétérologue de molécules d’intérêt en santé animale chez divers lactobacilles. Le développement de ces « vecteurs mucosaux » permettra à terme de proposer une stratégie de surexpression de BSH par les lactobacilles afin d’accroitre l’activité BSH in vivo, et renforcer ainsi l’élimination du parasite. Ces résultats permettent de proposer de nouvelles pistes thérapeutiques originales contre les giardioses humaines et animales, basées sur l’utilisation de lactobacilles probiotiques ou sur les activités BSH qui en sont dérivées. Ces traitements offrent alors une alternative sérieuse aux antibiotiques et permettront de pallier aux actuels fréquents échecs thérapeutiques.

  • Titre traduit

    Role of Bile-Salts Hydrolases (BSH) of probiotic lactobacilli against giardiasis


  • Résumé

    Giardia duodenalis is a protozoan parasite responsible for giardiasis, the most common intestinal parasitic disease worldwide. This infection is characterized by intestinal malabsorption, diarrhea, weight loss and abdominal pain in humans and various mammalian species. Besides, this disease has a high veterinary and public health impact, leading to important nutritional deficiencies in young subjects. The infection is caused by the ingestion of food or water contaminated with infectious cysts of the parasite. Giardia cysts can survive for several weeks in the environment and are highly resistant to disinfectants. Giardia excysts in the intestinal tracts of its host and replicates under the trophozoite stage causing the symptoms. Trophozoites adhere to the intestinal epithelium of the small intestine and multiply, causing the symptoms. The cycle ends by a new encystment and infectious cysts are released in environments with feces. The increasing number of giardiasis cases, mainly due to water contaminations, the emergence of parasite strains resistant to drugs and therapeutic failures, make research on alternative therapeutic strategies and treatments highly needed. Nowadays, it is well known that the microbiota and probiotics play an important role in protection against this parasite. For instance, the probiotic strain Lactobacillus johnsonii La1 (LjLa1) prevents the establishment of Giardia in vitro and in vivo. In this thesis, we have tried to point out the molecular mechanism(s) involved in this inhibitory effect(s). We showed in vitro that LjLa1 was releasing "Bile Salt Hydrolases" (BSH) – like activities that modify some components of bile (conjugated bile salts) into toxic compounds (deconjugated bile salts) for Giardia. We have cloned and expressed each of the three bsh genes present in the genome of LjLa1 in Escherichia coli in order to study their enzymatic and biological properties. Two BSH were obtained as recombinant active enzymes and biochemical tests showed that they have distinct substrate specificities despite similar predicted 3D structures. Moreover, these two BSHs of LjLa1 exhibited anti-giardial effects in vitro and in vivo in a murine model of the giardiasis (OF1suckling mice), comforting the hypothesis of the biological role of active BSH, derived from probiotics, against Giardia. A wide collection of diverse lactobacilli strains was screened to assess their effectiveness to also display both anti-giardial and BSH activities. This screening allowed the identification of several strains exhibiting strong anti-giardial effects such as Lactobacillus gasseri CNCM I-4884. In a murine model of giardiasis, this strain dramatically reduced the parasite burden in the small intestine of treated animals and significantly reduced the number of cysts in the colon, which could contribute to blockage of parasite transmission in environments. Additional studies were realized in parallel in order to explore the potency of lactobacilli to exert beneficial effects on health. For this, molecular tools were successfully developed in various lactobacilli strains to express and deliver therapeutic molecules at mucosal surfaces. The development of these tools will further allow the overexpression of BSH by lactobacilli to increase their in vivo BSH-activity and strengthen the elimination of the parasite. Altogether, this thesis work proposes new original therapeutic strategies against human and animal giardiasis, based on the use of BSH-positive lactobacilli strains or recombinant BSH- derived from probiotic strains, to counteract the frequent therapeutic failures, offering a serious alternative to antibiotics.


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