Contribution à l’étude des agrégats bifides : sélection, caractérisation, mécanisme et prévention du diabète de type 1

Some bifidobacterial strains are used to ferment infant formulas. Their properties (modulation of microbiome, regulation of bacterial translocation, dendritic cells maturation) are related to their ability to secrete high molecular weight compounds during the bacterial fermentation. The first objective of the study was to characterize the molecules secreted by the strain B.breve C50 used as a reference, and to determine whether other bifidobacteria can secrete molecules with similar properties. Analysis using gas chromatography (GC), mass spectrometry (MS), electrophoresis, protein sequencing showed that the B.breve C50 fermentation compounds are constituted of aggregates (>600kDa) combining units of a cell wall lipoprotein with a CHAP domain and sugars moities, mostly glucose. The aggregates are recognized by TLR6, indicating that the protein was diacetylated. They are also ligand of the galectin 1, suggesting that the hexosamine and galactose moieties detected by GC surrounded the aggregates. In silico analysis showed that a B.longum gene exhibiting a high homology with the B.breve C50 gene, coded for a lipoprotein, which was secreted during fermentation, and formed aggregates with sugars. B.bifidum species likely does not secrete similar aggregates since the sequence of the homologous gene is deprived of lipobox. B.longum CBi0703 and B.breve C50 aggregates shared the same global structure (lipoproteins with CHAP domain bordered by sugars primarily constituted of glucose and mannose). Remarkably, the CBi0703 aggregates were also able to bind Gal-1 but were lacking binding capacities to TLR6. It is likely that the hydrophobicity of the protein sequence, as well as the lipid and sugar compositions prevented the recognition of the lipoprotein structure by the TLR6 receptor. Secondly, a putative phagocytosis of aggregates was investigated. Fluorescent-labeled aggregates are not detected within cells after direct contact (ex-vivo) or oral challenge in animals (in vivo). Capture of the aggregates by antigen presenting cells seemed improbable. The two types of aggregates being recognized by galectin-1, regulation of the intestinal bacterial translocation by the aggregates likely involves the hexosamines and galactose surrounding their surface. In a third step, the possible involvement of the bifidobacterial aggregates in the prevention of type 1 diabetes was investigated. Actually, breast milk was previously shown to prevent diabetes onset in old NOD mice. Detection of bifidobacteria using amplification of the gene encoding the B.longum lipoprotein was positive in 21 human milk samples out of 31 (i.e. 12 mothers out of 16). Conversely, B.breve is rarely isolated (2/16 mothers). Since transcriptomic analysis showed that the lipoproteins were continuously synthesized, we hypothesized that the bifidobacterial aggregates were secreted by the bifidobacteria harbored in human milk. To ensure that B.longum aggregates play a role in the protection induced by human milk, they were assayed at an anti-inflammatory dose. Contrary to breast milk which reduced the incidence of T1D in NOD mice older than 18 weeks (p 600kDa) associant des unités lipoprotéiques de la paroi cellulaire contenant un domaine CHAP et des sucres, en majorité du glucose. Ces agrégats sont reconnus par le TLR6, indiquant une structure lipoprotéique di-acylée. Ils sont également ligand de la galectine 1, ce qui suggère que les hexosamines et le galactose détectés par GC sont exposés à l’extérieur des agrégats. L’analyse in silico des homologies avec le gène codant pour la séquence protéique révèle la proximité du gène de B.longum avec B.breve. Par contre, il est peu probable que B.bifidum sécrète des agrégats semblables, la séquence du gène homologue étant dépourvu de lipobox. Les agrégats (>600 kDa), isolés après fermentation de la souche B.longum CBi0703 dans le milieu lacté de référence, montrent une composition similaire (unités lipoprotéique associées à des sucres, en majorité du glucose et du mannose), une reconnaissance par la Galectine 1 mais non par le TLR6. La différence de composition en lipide et l’hydrophobicité de la séquence protéique semble prévenir la reconnaissance de la structure lipoprotéique par le récepteur TLR6. Les agrégats de B.longum ayant montré des propriétés anti-inflammatoires, l’hypothèse d’une phagocytose a été explorée dans un deuxième temps. Les agrégats marqués par des marqueurs fluorescents ne sont pas détectés dans les cellules après contact direct (ex-vivo) ou gavage des animaux (in vivo). Une capture des agrégats par les cellules présentatrices d’antigènes est donc peu probable. La reconnaissance par la galectine 1 des deux types d’agrégats bifides nous fait privilégier la piste d’un mécanisme de régulation de la translocation du microbiome par l’intermédiaire des structures hexosamines et galactose exposées à la surface des agrégats. Dans un troisième temps, l’implication des agrégats bifides dans la prévention du diabète de type 1 a été explorée. En effet, le lait de femme prévient la survenue du diabète chez les souris NOD. La recherche par PCR du gène codant pour la lipoprotéine d’intérêt a permis la détection de B.longum dans 21 échantillons de lait maternel sur 33 (soit 12 mamans parmi 16). A l’inverse, B.breve est rarement isolé (2 mamans parmi 16). Comme l’analyse transcriptomique indique que les lipoprotéines sont synthétisées de façon continue, elles peuvent donc être sécrétées par les bifidobactéries dans le lait de femme. Aussi le choix s’est porté sur les agrégats de B.longum, testés à une dose anti-inflammatoire en prévention anti-diabétique. Si l’administration de lait maternel réduit l’incidence du DT1 chez des souris NOD âgées de plus de 18 semaines (p < 0.001), c’est au contraire une protection précoce mais qui ne persiste pas qui est observée sous agrégats bifides. L’effet protecteur est observé en absence de bifidobactéries intestinales. Les agrégats bifides à la dose anti-inflammatoire ne modulent pas à la même vitesse les bactéries intestinales sensibles au lait de femme, ce qui pourrait expliquer le retard d’apparition des premiers diabètes lors du traitement