Clostridium et entérocolite ulcéro-nécrosante du prématuré : étude comparative des espèces Clostridium butyricum et Clostridium neonatale

Clostridium and necrotizing enterocolitis in preterm neonates : comparative analysis of Clostridium butyricum and Clostridium neonatale strains

• Auteur / Autrice : Sophia Schönherr-Hellec
• Direction : Julio Ramos Aires
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 20/11/2017
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Descartes (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écosystème intestinal, probiotiques, antibiotique (Paris ; 2006-2018)
• Jury : Président / Présidente : Marie-José Butel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-José Butel, Bruno Dupuy, Lionel Rigottier-Gois, Jean-Christophe Rozé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Dupuy, Lionel Rigottier-Gois

Mots clés

Mots clés contrôlés

Clostridium

Clostridium butyricum

Entérocolite nécrosante du nouveau-né

Mots clés libres

Entérocolite ulcéro-Nécrosante

Clostridium butyricum

Clostridium neonatale

Necrotizing entorocolitis

Clostridium butyricum

Clostridium neonatale

Résumé

L'entérocolite ulcéro-nécrosante (ECUN) est la maladie digestive la plus grave du nouveau-né prématuré et représente la 1ère cause d'urgence chirurgicale en néonatalogie. Chez le nouveau-né prématuré, le développement de l'ECUN implique 3 facteurs : l'immaturité intestinale, l'alimentation entérale et la colonisation bactérienne. Cette dernière joue un rôle clé. En effet, d'une part cette pathologie n'a jamais été décrite in utero (tube digestif stérile), d'autre part l'existence d'épidémies met en cause un agent bactérien transmissible. Dans la physiopathologie de l'ECUN, la colonisation par les bactéries du genre Clostridium semble particulièrement délétère. Les signes cliniques de l'ECUN sont cohérents avec une étiologie clostridienne de la pathologie (pneumatose). Par hybridation in situ, il a été mis en évidence la présence de clostridies au niveau des pneumatoses intestinales sur des coupes d'intestin de nouveau-nés prématurés atteints d'ECUN. Nos propres travaux en modèle animal d'ECUN (animal gnotobiotique), ont impliqué des clostridies (dont Clostridium butyricum), dans la génèse des lésions digestives. C. butyricum a également été plus fréquemment isolé à partir d'échantillons de muqueuse du côlon de porcelets prématurés souffrant d'ECUN. Les analyses du microbiote intestinal du nouveau-né prématuré ont associé le développement de l'ECUN avec une colonisation par les espèces C. butyricum et Clostridium neonatale. Dans ce contexte, le travail de thèse a consisté à réaliser une étude comparative des souches de C. butyricum et C. neonatale isolées de nouveau-né prématurés ayant ou non développé une ECUN. Le but de ce travail a été de valider l'existence de facteurs permettant de relier le rôle de ces espèces du genre Clostridium avec le développement de l'ECUN du nouveau-né prématuré et donc de mieux comprendre son rôle potentiel comme pathogène. Dans un premier temps nous avons mis au point une PCR multiplex permettant l'identification différentielle entre les espèces C. butyricum et C. neonatale. Dans un second temps, nous avons réalisé une étude comparative phénotypique des espèces C. butyricum et C. neonatale afin de mettre en évidence l'existence de caractéristiques différentes entre les souches étudiées. Nous avons montré pour la première fois que les souches cliniques de C. neonatale ont des caractéristiques phénotypiques distinctes comparées à celles de C. butyricum. En particulier, nos résultats suggèrent une meilleure adaptation des souches de C. butyricum aux stresses engendrés par l'écosystème intestinal. La comparaison phénotypique des souches isolées de nouveau-nés prématurés ayant ou non développé une ECUN a mis en évidence que celles isolées de cas d'ECUN présentaient une plus forte aéro-tolérance et une meilleure viabilité à 30°C. De même, les souches isolées de cas d'ECUN ont montré une activité pro-inflammatoire. Ces résultats suggèrent l'existence d'une signature spécifique bactérienne en lien avec l'ECUN. Nous avons complété nos données phénotypiques par une analyse génotypique et avons identifié des gènes communs, ainsi que des gènes spécifiques dont la fonction était inconnue. Actuellement ces résultats ne permettent pas de conclure sur l'existence potentielle d'une signature génétique spécifique. En l'absence de connaissance exacte sur la physiopathologie de l'ECUN nos travaux mettent en évidence une signature bactérienne en lien avec l'ECUN, qui pourrait conduire au développement de nouvelles stratégies afin d'améliorer la prévention et la prise en charge de cette pathologie digestive.

Necrotizing enterocolitis (NEC) is the most severe life threatening gastrointestinal disease among preterm neonates that continues to account for substantial morbidity and mortality in neonatal intensive care units worldwide. Despite decades of research, NEC pathophysiology still remains unclear, impairing the development of novel and effective strategies for disease prevention and treatment. Nevertheless, NEC has been proposed to be a multifactorial disease involving intestinal bacterial colonization. However, no specific bacteria has yet been associated with this disease. Epidemiological studies, clinical signs, and animal models support clostridia participation in NEC development. We carried out a comparative analysis of Clostridium butyricum and Clostridium neonatale strains isolated from fecal samples of preterm infants with or without NEC. The aim of this work was to identify the existence of factors linking the role of these species with the development of NEC and to investigate their potential role as pathogens. First, we developed a multiplex PCR allowing the differential identification between C. butyricum and C. neonatale species. Secondly, we carried out a phenotypic comparison of C. butyricum and C. neonatale strains in order to demonstrate the existence of different characteristics between both species. We showed for the first time that the clinical strains of C. neonatale have distinct phenotypic characteristics compared to C. butyricum ones. Particularly, our results suggest a better adaptation of C. butyricum strains to the stresses generated by the intestinal ecosystem. The phenotypic comparison showed that strains isolated from NEC cases exhibited a higher aero-tolerance, a better viability at 30 °C, and pro-inflammatory activity. These results suggest the existence of a specific bacterial signature in connection with NEC. We completed our phenotypic data with a genotypic analysis. It allowed the identification of shared genes and specific ones with unknown functions. Further investigations are needed to associate a specific genetic signature with NEC development. In conclusion, we identified a specific bacterial signature associated with NEC that may be helpful as a biological marker for better diagnostics and strategies of prevention implementation of the disease.