Etude des perturbations du microbiote intestinal à la suite d'une infection par des Entérobactéries : conséquences sur le "bien-être" et le comportement de l'hôte

Disturbances of brain-gut-microbiota axis are the focus of many studies to develop new treatments for chronic intestinal pathologies such as irritable bowel syndrome (IBS). In some cases, after a gastrointestinal Enterobacteriaceae infection, despite pathogen elimination, transit disorders and chronic abdominal pain persist and can lead to the development of anxiety and depression symptoms. This is referred to post-infectious IBS (PI-IBS). By developing a preclinical model of Citrobacter rodentium infection, the aim of my thesis project focused on (1) study the impact of a cytokine IL-22 on the symptoms associated with PI-IBS, (2) study of tryptophan (Trp) metabolism and especially the AhR expression induced by its microbiota-derived ligands and (3) study of gut microbiota and its fecal metabolome on the disorders of intestinal homeostasis following the gastrointestinal infection. We have shown that the mouse model of C. rodentium infection developed, during the post-infectious period, a persistent colonic hypersensitivity (CHS), anxiety-related behavior as well as cognitive-related alterations, associated with a dysbiosis, a low-grade inflammation and an increased intestinal permeability demonstrating that it is a relevant model to investigate physiopathological mechanisms of PI-IBS. First, targeted metabolomics analysis revealed fecal functional perturbations during post-infectious phase. Trytophan metabolism is altered with an indole pathway downregulation and AhR activity as well as a decrease of tryptophol production. The production of IL-22 cytokine can be activated by AhR pathway and represents a pivotal mechanism in the maintenance of intestinal homeostasis. Thus, efficacy of IL-22 delivery using a Lactococcus lactis strain carrying an eukaryotic expression plasmid for murine IL-22 (L. lactisIL-22) was tested in this animal model of PI-IBS. L. lactisIL-22 treatment alleviates disturbances associated with C. rodentium infection during the post-infectious phase. Our results suggest that targeting AhR/IL-22 signaling pathway improves the PI-IBS symptoms by acting on the intestinal epithelial barrier integrity and microbiota-derived Trp metabolites. Metabolomics studies were expanded to identify infection-induced functional disturbances of fecal microbiota. This work allowed to clarify pathophysiology associated with PI-IBS and to identify new potential therapeutic targets such as AhR/IL-22 pathway. In addition, role of others infections on host cognitive and emotional behaviors was studied in two animal models. A chronic parasitic infection with Blastocystis in rats was used to mimic IBS, as well as a chronic infection with colibactin-producing Escherichia coli (CoPEC), another Enterobacteria associated with colorectal cancer (CRC).Les perturbations de l'axe cerveau-intestin-microbiote font l’objet de nombreuses études afin de mettre au point de nouveaux traitements pour les pathologies intestinales chroniques telles que le syndrome de l’intestin irritable (SII). Dans certains cas, à la suite d’une infection gastro-intestinale par des Entérobactéries et malgré l'élimination de l'agent pathogène, des troubles du transit et des douleurs abdominales chroniques persistent et peuvent favoriser le développement de symptômes anxio-dépressifs. Ceci est alors appelé SII post-infectieux (SII-PI). En développant un modèle préclinique d'infection à Citrobacter rodentium, mes travaux se sont focalisés sur (1) l’étude de l'impact de la cytokine IL-22 sur les symptômes associés au SII-PI, (2) l’étude du métabolisme du tryptophane (Trp), en particulier l'expression d’AhR induite par ses ligands dérivés du microbiote et, (3) l’étude du microbiote et du métabolome fécal sur les troubles de l'homéostasie suite à la résolution d’une infection gastro-intestinale. Ainsi, nous avons montré que le modèle murin d'infection à C. rodentium développe en période post-infectieuse, une hypersensibilité viscérale d’origine colique (HSVC) persistante, un comportement de type anxieux ainsi que des altérations cognitivo-émotionnelles, associés à une dysbiose, une inflammation à bas bruit et à une perméabilité intestinale augmentée montrant qu’il s’agit d’un modèle pertinent pour étudier les mécanismes physiopathologiques du SII-PI. Dans un premier temps, des analyses de métabolomique dirigée ont dévoilé des perturbations fonctionnelles au niveau fécal en phase post-infectieuse. Le métabolisme du Trp est altéré avec une diminution de la voie indole et de l'activité d’AhR ainsi qu’une diminution de la production du tryptophol. La production de la cytokine IL-22 peut être activée par la voie AhR et représente un acteur essentiel de l’homéostasie intestinale. Ainsi l’efficacité de la vectorisation d’IL-22 à l’aide d’une souche de Lactococcus lactis portant un plasmide d'expression eucaryote pour l’IL-22 murine (L. lactisIL-22) a été testée dans ce modèle animal de SII-PI. Le traitement avec L. lactisIL-22 permet d’améliorer les perturbations associées à l’infection par C. rodentium durant la phase post-infectieuse. Nos résultats suggèrent que le ciblage de la voie de signalisation AhR/IL-22 atténue les symptômes du SII-PI en agissant sur l'intégrité de la barrière épithéliale intestinale et les métabolites du Trp dérivés du microbiote. Les études de métabolomique ont été élargies afin d’identifier les perturbations fonctionnelles du microbiote fécal induite par l’infection. Ces travaux ont permis de préciser la physiopathologie du SII-PI et d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles telle que la voie AhR/IL-22. De plus, le rôle d’autres infections sur les comportements cognitivo-émotionnels de l’hôte a été étudié dans deux modèles animaux. Une infection chronique parasitaire à Blastocystis chez le rat a été utilisé afin de mimer un SII, ainsi qu’une infection chronique aux Escherichia coli producteurs de colibactine (CoPEC), Entérobactéries associées au cancer colorectal (CCR)