Preclinical investigations and functional studies a novel active lactobacillus formulation for potential use in the prevention of colorectal cancer

Colorectal cancer (CRC) is one of the leading causes of cancer-related death worldwide. The incidence of CRC influenced by several host and acquired factors, including dietary habits. An emphasis on the role of commensal bacteria revealed the potential effectiveness of probiotics in CRC prevention. Probiotics can modulate gut microbial populations toward a healthy profile and reduce the incidence and possibly recurrence of CRC in patients. There is still, however, a lack of research regarding the identification of potent probiotic bacteria and need to fully understand the potential mechanisms of action in reducing CRC risk, delaying intestinal neoplastic transformations, as well as halting CRC-associated inflammation. The purpose of this project is to identify potent probiotic bacterial strains and design a novel active probiotic Lactobacillus formulation as a CRC biotherapeutic. Specifically, in this thesis, many Lactobacillus strains, from L. reuteri or L. fermentum species, were screened for their anti-proliferative activity and fatty acid production, in vitro. This screening led to the identification of the most active candidate that was further validated in vivo for its anti-proliferative activity, in a genetically induced mouse model of CRC. Results indicated that the designed Lactobacillus formulation successfully reduced intestinal cellular and tumor proliferation and multiplicity in the intestines of Apc Min/+ mice. The Lactobacillus biotherapy induced variations in the levels of exogenous (ingested) and endogenous metabolites both systemically and in the gut through the modulation of diverse metabolic pathways. The introduction of probiotic induced a different metabotype in the CRC animal model and showed the attenuation of systemic (INF-γ, IL-1β, IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, KC/GRO, IL-10, IL-12p70, and TNF-α) and local (CD3 and IBA-1) inflammation in the intestines of Apc Min/+ mice. This novel set of metabolomic findings indicated the potential of the Lactobacillus-based probiotic formulation as a biotherapeutic for CRC treatment and prevention. Further molecular studies are necessary for the full demonstration of Lactobacillus probiotic mechanisms and its potency in the management of CRC and possibly inflammation-associated health conditions.Le cancer colorectal (CCR) est l'une des principales causes de décès liés au cancer dans le monde entier. L'incidence du CCR est influencée par plusieurs facteurs hôte et acquis, comme les habitudes alimentaires et la nutrition. L’accent mis sur le rôle des bactéries commensales a révélé l’efficacité potentielle des probiotiques dans la prévention du CCR. Les probiotiques peuvent moduler les populations microbiennes intestinales vers un profil sain et réduire le risque et éventuellement la récurrence du CCR chez les patients. Il reste, cependant, un manque de recherche concernant l'identification des souches de bactéries probiotiques efficaces et un besoin de comprendre les mécanismes d'action potentiels pour inhiber le risque du CCR, ce qui retarde les transformations néoplasiques intestinales, ainsi que la diminution de l’inflammation associée au CCR. Dans ce projet, l’objective c’est d'identifier les souches bactériennes probiotiques puissantes et concevoir une nouvelle formulation de probiotique Lactobacillus actives en tant que biothérapeutique de CCR. Plus précisément, dans cette thèse, de nombreuses souches de Lactobacillus, des espèces L. reuteri ou L. fermentum, ont été criblées pour leur activité de production d'acide gras et leur effet anti-proliférative in vitro. Ce processus de sélection a permis l'identification du candidat le plus actif qui a en outre été validée in vivo pour son activité anti-proliférative dans un modèle du CCR de souris génétiquement modifiées. Les résultats ont indiqué que la formulation Lactobacillus a réussi à réduire la prolifération cellulaire et la multiplicité des tumeurs dans les intestins des souris ApcMin/+. La biothérapie de Lactobacillus a induit des variations dans la concentration des métabolites exogènes et endogènes à la fois par voie systémique et dans les intestins, par l'intermédiaire de la modulation de diverses voies métaboliques. L'influence du probiotique était induite par l’apparition d’un metabotype différent dans le modèle animal CCR. Le traitement probiotique a montré l'atténuation systémique (INF-γ, IL-1β, IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, KC/GRO, IL-10, IL-12p70, et TNF-α) et locale (CD3 et IBA-1) de l'inflammation dans les intestins des souris ApcMin/+. L’ensemble de ces observations métabolomiques et immunitaires a indiqué le potentiel de la formule probiotique à base de Lactobacillus en tant que biothérapeutique pour la prévention du CCR. D'autres études moléculaires sont nécessaires pour la pleine démonstration des mécanismes probiotiques de la formule Lactobacillus et sa puissance dans la gestion de CCR et peut-être aussi dans les conditions de santé associées à l’inflammation chronique