Conversion du cholestérol en coprostanol par les bactéries du microbiote intestinal humain et impact sur la cholestérolémie

Cholesterol conversion into coprostanol by bacteria from human gut microbiota and its impact cholesterolemia

• Auteur / Autrice : Aline Potiron
• Direction : Philippe Gérard, Moez Rhimi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 11/12/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement opérateur d'inscription : AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé humaine (Jouy-en-Josas)
• Jury : Président / Présidente : Claire Janoir
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Janoir, Corinne Grangette, Jean-François Brugere, Hervé Guillou, Jean-Claude Desfontis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Corinne Grangette, Jean-François Brugere

Mots clés

Mots clés contrôlés

Flore intestinale

Mécanisme d'action (biochimie)

Dihydrocholestérol

Thèses et écrits académiques

Lutte contre

Teneur en cholestérol

Sang

Mots clés libres

Microbiologie

Cholestérol

Coprostanol

Gnotobiologie

Physiologie de l'hôte

Microbiote intestinal

Microbiology

Cholesterol

Coprostanol

Gnotobiology

Host physiology

Intestinal microbiota

Résumé

La réduction du taux de cholestérol (CH) sanguin est un point clé dans la lutte contre les maladies cardiovasculaires. L’efficacité contrastée des médicaments disponibles actuellement ainsi que l’intérêt porté autour du microbiote intestinal dans la régulation de la physiologie de l’hôte nous amènent à envisager cette voie comme alternative thérapeutique. La production de coprostanol (CO), dérivé très peu absorbé du CH, par des bactéries de ce microbiote a été corrélée positivement à une faible cholestérolémie. Les objectifs de cette thèse sont i) d’isoler et d’identifier de nouvelles souches bactériennes ayant cette activité, ii) d’identifier les gènes bactériens responsables de cette transformation et iii) de détereminer l’impact de ce métabolisme sur la physiologie de l’hôte. Nous avons isolé 22 nouvelles souches productrices de CO à partir des selles d’un individu en produisant beaucoup. Nous avons choisi les souches Bacteroides sp. D8 et Bacteroides sp. BV pour la construction de deux banques génomiques et huit autres pour des essais d’implantation in vivo dans le tractus gastro-intestinal (TGI) de souris axéniques. Nous avons identifié 55 clones potentiellement positifs par le criblage fonctionnel des banques génomiques. Leurs analyses supplémentaires devraient nous apporter des informations sur les gènes impliqués dans cette activité. Toutes les bactéries sélectionnées sont capables de coloniser le TGI de la souris axénique. La souche Parabacteroides distasonis est la meilleure souche productrice de CO in vivo. Nous avons testé son effet sur la cholestéolémie chez des souris axéniques soumises à un régime riche en CH sur 11 semaines en comparaison avec une souche non productrice in vitro, B. dorei, et avec des souris conventionnalisées comme contrôle. La souche B. dorei produit du CO in vivo, soulignant l’importance de l’environnement dans l’activité de production de CO déjà supposée d’après la littérature et nos résultats in vitro. Des gènes impliqués dans l’excrétion du CH de l’organisme vers les selles sont surexprimés chez ces souris et celles colonisées avec P. distasonis. Cependant seules ces dernières présentent une cholestérolémie plus faible que les souris conventionnalisées. Le mécanisme impliqué semble indépendant de la production de CO et de l’excrétion de CH car les mêmes quantités de ces composés sont retrouvées dans les selles indépendamment du statut bactérien. Les concentrations en acides biliaires totaux dans la bile et dans les selles sont supérieures pour les souris monocolonisées comparées au conventionnalisées. Les selles des souris colonisées avec P. distasonis présentent plus d’acides urso- et chénodésoxycholiques que les souris conventionnalisées et plus d’acide cholique que les souris colonisées avec B. dorei. En conclusion, nous avons isolé de nouvelles souches et identifier des clones potentiellement positifs. Les études in vivo tendent à montrer que l’activité de production de coprostanol n’a pas d’effet sur la cholestérolémie. En revanche, la souche P. distasonis semble diminuer la cholestérolémie par un mécanisme encore inconnu.

Cholesterol (CH) level management is a keystone to limit cardiovascular diseases. The contrasted efficiency of the drugs currently available as well as the interest around the intestinal microbiota in regulating the host physiology lead us to consider this pathway as a therapeutic alternative. The production of coprostanol (CO), a very poorly absorbed CH derivative, by bacteria of this microbiota has been positively correlated with low CH plasma level. The aims of this thesis are (i) isolate and identify new bacterial strains possessing this activity, (ii) identify the bacterial genes responsible for this transformation and (iii) determine the impact of this metabolism on host physiology. We isolated 22 new strains producing CO from the stools of a high-coprostanol producing individual. We chose Bacteroides sp. D8 and Bacteroides sp. BV for the construction of two genomic libraries and eight others for in vivo implantation tests in the gastrointestinal tract (GIT) of germ-free mice. We identified 55 potentially positive clones by functional screening of these genomic libraries. Their additional analyzes should provide us with information about the genes involved in this activity. All selected bacteria are capable of colonizing the GIT of germ-free mice. Parabacteroides distasonis is the best strain producing CO in vivo. We tested its effect on blood cholesterol level in germ-free mice subjected to an 11-week CH-rich diet compared to an in vitro non-producing strain, B. dorei, and with conventionalized mice as control. The B. dorei strain produces CO in vivo, emphasizing the importance of the environment in the CO production activity already assumed from the literature and our results in vitro. Genes involved in the excretion of CH from body to feces are overexpressed in these mice and those colonized with P. distasonis. However, only the latter have lower cholesterolemia than conventional mice. The mechanism involved appears to be independent of CO production and CH excretion because the same amounts of these compounds are found in feces independently of bacterial status. Total biliary acids concentrations in bile and feces are higher for monocolonized mice compared to conventionalized mice. The feces of mice colonized with P. distasonis exhibited more urso- and chenodeoxycholic acids than conventionalized mice and more cholic acid than mice colonized with B. dorei. In conclusion, we have isolated new strains and identified potentially positive clones. In vivo studies tend to show that coprostanol production activity has no effect on plasma cholesterol. In contrast, P. distasonis seems to decrease plasma cholesterol by a still unknown mechanism.