UR INRA 454- Ecologie fonctionnelle des communautés bactériennes

ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES DE LA VIE ET DE LA SANTE
Dossier de demande d'allocation de recherche pour la rentrée 2011
Laboratoire d'accueil:
Unité de Microbiologie UR454 – INRA CR de Clermont-Fd/Theix – 63122 St-Genès-Champanelle
Directeur du laboratoire : Dr Régine Talon (DR2)
Directeur de thèse : Dr Pascale Mosoni (CR1)
Date d'obtention de l'HDR du Directeur de thèse : 2011 (Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand II)
Titre de la thèse : Ecologie fonctionnelle des communautés bactériennes fibrolytiques dans le côlon humain.
Exposé du sujet proposé:
Le côlon humain est composé d’une communauté bactérienne très abondante et diversifiée, majoritairement
anaérobie stricte. Une des principales fonctions du microbiote colique est de dégrader puis fermenter les fibres
alimentaires, correspondant à la fraction des aliments non digérée dans la partie haute du tube digestif.
Essentiellement d’origine végétale, ces fibres sont constituées de polysaccharides complexes (cellulose,
hémicelluloses, amidon…) et sont retrouvées dans les fruits, les légumes ou les céréales que nous consommons.
L’apport de ces composés dans l’alimentation a de nombreux effets bénéfiques sur la santé : régulation du transit
intestinal, prévention de maladies cardiovasculaires, de l’obésité et du diabète. En outre, les métabolites
fermentaires produits lors de la dégradation et la fermentation des fibres peuvent jouer un rôle important en santé
humaine. Le butyrate par exemple, substrat oxydatif majeur des colonocytes, est associé à la prévention du risque
de cancer colorectal. La compréhension des mécanismes impliqués dans le métabolisme des fibres par les
microorganismes du côlon présente donc un intérêt certain pour la nutrition et la santé humaine.
L’équipe MINHOS « Microbiote Intestinal : Fonctions et Impacts sur la Santé de l’Hôte » de l’Unité UR454 de
Microbiologie étudie les communautés fibrolytiques du rumen des herbivores et du côlon de l’homme. Le
microbiote fibrolytique (dégradation de la cellulose et des xylanes) a été caractérisé chez l’homme (Travaux de A.
Bernalier-Donadille ; 1-3) et les systèmes enzymatiques de deux espèces bactériennes xylanolytiques appartenant
à deux genres majeurs du microbiote colique, Bacteroides et Roseburia, a été en grande partie caractérisé (4-5).
L’objectif de la thèse sera d’approfondir les connaissances sur le métabolisme des fibres dans le colon et d’évaluer
l’impact de la nature des fibres alimentaires consommées sur ce métabolisme et les répercussions possibles sur la
santé de l’homme.
Une partie du projet de thèse consistera à caractériser le système enzymatique de Ruminococcus
champanellensis, espèce spécialisée dans la dégradation de la cellulose et qui au travers de l’analyse in silico de
son génome (collaboration B. Henrissat, Marseille) serait la première espèce colique identifiée à ce jour comme
possédant un complexe enzymatique appelé « cellulosome ». Le potentiel hydrolytique de cette bactérie sera donc
évalué in vitro en culture pure par des approches transcriptomique et protéomique en faisant varier le substrat
(glucose versus cellulose) métabolisé par la bactérie. L’organisation de son complexe enzymatique sera également
examinée par des approches moléculaires et biochimiques classiques.
Une autre partie du projet de thèse aura pour but d’évaluer l’impact de fibres alimentaires sur l’écologie, la fonction
et le métabolisme des bactéries fibrolytiques du colon. Cette étude se fera in vivo chez un modèle expérimental de
rats axéniques à flore fibrolytique contrôlée c'est-à-dire composée d’un consortium de six espèces fibrolytiques du
genre Bacteroides, Roseburia et Ruminococcus. La dynamique fonctionnelle de ce consortium en réponse à deux
fibres alimentaires (amidon résistant versus arabinoxylanes) sera examinée en intégrant des données de métatranscriptomique,
méta-protéomique et métabolomique couplées à la PCR quantitative pour le suivi quantitatif des
espèces en interaction. Les fibres testées dans cette expérimentation ont été choisies pour leur potentiel
prébiotique du fait qu’elles peuvent orienter le métabolisme de l’écosystème microbien vers un métabolite, le
butyrate, reconnu pour ses effets bénéfiques pour l’hôte (anti-cancer, anti-inflammatoire). Cette partie du projet se
fera en collaboration avec deux partenaires américains (B.A. White, Univ. Illinois, C. Yeoman, Univ. Montana), ce
qui pourra donner lieu à des séjours du doctorant dans les laboratoires étrangers.
1. Robert, C. and Bernalier-Donadille, A. (2003) The cellulolytic microflora of the human colon: evidence of
microcrystalline cellulose-degrading bacteria in methane-excreting subjects. FEMS Microbiol Ecol 46, 81-
89.
2. Chassard, C., Goumy, V., Leclerc, M., Del'homme, C. and Bernalier-Donadille, A. (2007) Characterization
of the xylan-degrading microbial community from human faeces. FEMS Microbiol Ecol 61, 121-131.
3. Chassard, C., Delmas E., Robert C., Bernalier-Donadille A. (2010) The cellulose-degrading microbial
community of the human gut varies according to the presence or absence of methanogens. FEMS
Microbiol. Ecol. 74(1):205-213.

4. Mirande C, Kadlecikova E, Matulova M, Capek P, Bernalier-Donadille A, Forano E, Béra-Maillet C. (2010).
Dietary fibre degradation and fermentation by two xylanolytic bacteria Bacteroides xylanisolvens XB1A T
and Roseburia intestinalis XB6B4 from the human intestine. J Appl Microbiol. 109(2):451-460.
5. Mirande C, Mosoni P, Bera-Maillet C, Bernalier-Donadille A, Forano E, (2010). Characterization of Xyn10A,
a highly active xylanase from the human gut bacterium Bacteroides xylanisolvens XB1A. Appl Microbiol
Biotechnol 87(6):2097-2105.
Liste des 8 meilleures publications du Directeur de thèse de 2007 à 2011
Mosoni P, Chaucheyras-Durand F, Bera-Maillet C, Forano E. 2007. Quantification by real-time PCR of cellulolytic
bacteria in the rumen of sheep after supplementation of a forage diet with readily fermentable carbohydrates:
effect of a yeast additive. J. Appl. Microbiol., 103, 2676–2685 (IF 2009 : 2.098)
Bera-Maillet C, Mosoni P, Kwasiborski A, Suau F, Ribot Y, Forano E. 2009. Development of a RT-qPCR method
for the quantification of Fibrobacter succinogenes S85 glycoside hydrolase transcripts in the rumen content of
gnotobiotic and conventional sheep. J Microbiol Methods. 77, 8-16. (IF 2009 : 2.427)
Rakotoarivonina H, Terrie C, Chambon C, Forano E, Mosoni P. 2009. Proteomic identification of CBM37containing
cellulases produced by the rumen cellulolytic bacterium Ruminococcus albus 20 and their putative
involvement in bacterial adhesion to cellulose. Archiv Microbiol. 191, 379-388. (IF 2009 : 1.927)
Esbelin J, Martin C, Forano E, Mosoni P. 2009. Differential translocation of green fluorescent protein fused to
signal sequences of Ruminococcus albus cellulases by the Tat and Sec pathways of Escherichia coli. FEMS
Microbiol Lett. 294, 239-244. (IF 2009 : 2.199)
Mirande C, Mosoni P, Bera-Maillet C, Bernalier-Donadille A, Forano E, 2010. Characterization of Xyn10A, a highly
active xylanase from the human gut bacterium Bacteroides xylanisolvens XB1A. Appl. Microbiol. Biotechnol.
87(6):2097-2105. (IF 2009 : 2.896)
Mosoni P., Martin C., Forano E., Morgavi D. P. 2011 Long-term defaunation increases the population levels of
cellulolytic ruminococci but does not affect the abundance and diversity of methanogens in the rumen of sheep .
J. Anim. Sci. 89:783-791 (IF2009=2.466)
Gagen E.J., Mosoni P., Denman S.E., Al Jassim R., McSweeney C.S., Forano E. 2012 Methanogen colonisation
does not significantly alter acetogen diversity in lambs isolated 17 hours after birth and raised aseptically. Microb.
Ecol. DOI 10.1007/s00248-012-0024-z (IF2009=2.875)
Liste des thèses co-encadrées par le Directeur de thèse de 2007 à 2011
Comtet Sophie : Evolution structurale et fonctionnelle des communautés microbiennes digestives sous l’influence
de facteurs biotiques et abiotiques – Développement d’une biopuce ADN ciblant les gènes impliqués dans la
dégradation des glucides complexes alimentaires. Université Blaise Pascal. Clermont II Bourse CIFRE Société
Lallemand. Thèse démarrée le 1er décembre 2010. (Directeur de thèse : E. Forano, co-directeur de thèse : P.
Peyret)
Mirande Caroline : dégradation des fibres et système xylanolytique de deux espèces bactériennes du colon
humain : Bacteroides xylanisolvens et Roseburia intestinalis. Université Blaise Pascal. Clermont II. Bourse
MENRT. (Directeur de thèse : E. Forano). Thèse soutenue le 18 décembre 2009.
Liste des publications issues de la thèse des étudiants mentionnés ci-dessus (encadrés par Directeur et
co-directeur éventuel)
• Mirande C., Kadlecikova E., Matulova M., Capek P., Bernalier-Donadille A., Forano E., Béra-Maillet C. 2010.
Dietary fibre degradation and fermentation by two xylanolytic bacteria Bacteroides xylanisolvens XB1A T and
Roseburia intestinalis XB6B4 from the human intestine. J Appl Microbiol.109(2):451-460. (IF 2009 : 2.098)
• Mirande C., Mosoni P., Bera-Maillet C., Bernalier-Donadille A., Forano E. 2010. Characterization of Xyn10A, a
highly active xylanase from the human gut bacterium Bacteroides xylanisolvens XB1A. Appl. Microbiol.
Biotechnol. 87(6):2097-2105. (IF 2009 : 2.896)
Devenir des anciens étudiants mentionnés ci-dessus
C. Mirande : Après un poste ATER (12 mois) à l’Université Clermont I et un CDD (18 mois) dans l’équipe R&D de
la Société ADISSEO (Commentry, France), C. Mirande est depuis le 1 er mars 2012 en recherche d’emploi.
Contrats obtenus pendant la période 2007-2011
• ANR PNRB – 2005-2009. Amélioration de l’hydrolyse enzymatique de la paille de blé par optimisation du
mélange enzymatique et des conditions de sa mise en œuvre. Membre équipe participante.
• Contrat de recherche 2005-2010. Mécanismes d’action chez le ruminant de l’additif microbien
« Levucell ». Société Lallemand. Membre du comité scientifique de pilotage du contrat.

• Contrat de recherche 2008-2009. Effet de l'utilisation de l'hydroxy-analogue de méthionine (HMB) et de
son ester isopropylique (HMBi) sur la dégradation de différents substrats dans le rumen. Société
ADISSEO. Membre du comité scientifique de pilotage du contrat.
• Contrat de recherche 2010-2013. Effet des probiotiques sur la flore microbienne dans le tractus digestif
et la dégradation par ce microbiote au cours de la digestion. Société Lallemand. Membre du comité
scientifique de pilotage du contrat.
• Projet « GnotoFibre » soumis à l’appel d’offre Métaprogramme INRA 2012-2014. Investigating the impact
of dietary fibres on the ecology and function of colonic fibrolytic bacteria in gnotoxenic rat
models.Coordinateur. Projet impliquant deux autres équipes INRA (Nantes , Montpellier) et deux équipes
américaines (Univ. Illinois, Univ. Montana).
Observations
Fiche SIREDO
UR454 Unité de Microbiologie, INRA Clermont-Ferrand-Theix
Directeur de thèse : Pascale MOSONI (CR1-HDR)
pascale.mosoni@clermont.inra.fr
Ecologie fonctionnelle des communautés bacteriennes fibrolytiques dans le colon humain.
Une des principales fonctions du microbiote colique est de dégrader puis fermenter les fibres alimentaires,
correspondant à la fraction des aliments non digérée dans la partie haute du tube digestif. Essentiellement
d’origine végétale, elles sont constituées de polyosides complexes (cellulose, hémicelluloses, amidon …) et sont
retrouvées dans les fruits, les légumes ou les céréales que nous consommons. L’apport de ces composés dans
l’alimentation a de nombreux effets bénéfiques en santé humaine (prévention de différentes pathologies…) et
pourtant, peu de données sont actuellement disponibles sur le métabolisme des fibres alimentaires par les
microorganismes du côlon chez l’homme. L’objectif de la thèse sera d’approfondir les connaissances sur le
métabolisme des fibres dans le colon et d’évaluer l’impact de la nature des fibres alimentaires consommées sur ce
métabolisme et les répercussions possibles sur la santé.
Nous caractériserons le système enzymatique de l’espèce Ruminococcus champanellensis, seule espèce connue
à ce jour dans le colon capable de dégrader la cellulose cristalline (approches in vitro couplées à la
transcriptomique et la protéomique). L’impact de fibres alimentaires sur l’écologie, la fonction et le métabolisme
des bactéries du colon sera évalué in vivo chez un modèle expérimental de rats axéniques hébergeant uniquement
des espèces fibrolytiques (Bacteroides, Roseburia et Ruminococcus). La dynamique fonctionnelle de ce
consortium en réponse à deux fibres alimentaires sera examinée en intégrant des données de métatranscriptomique,
méta-protéomique et métabolomique couplées à la PCR quantitative (compétences en
bioinformatiques conseillées).