Assemblée Générale Publique du SNA

Jeudi 19 Octobre 2017

FIAP - PARIS

Mieux connaître le

microbiote intestinal Perspectives appliquées pour la

filière avicole

Fanny Calenge Chargée de recherches

UMR Génétique Animale & Biologie Intégrative INRA Jouy-en-Josas

19/10/2017

.03

Qu’est-ce qu’un microbiote?

• C’est un écosystème constitué de plusieurs espèces de micro-organismes: bactéries, champignons, virus, archées, protozoaires, etc.

Bactéries Levures Virus

+ + + etc

• Décrire un microbiote consiste d’abord à déterminer sa composition en micro-organismes: quelles espèces, en quelles quantités, avec quelle diversité?

.04

Qu’est-ce qu’un métagénome ?

• C’est l’ensemble des génomes (ADN) des micro-organismes constituant un microbiote.

• Le métagénome est étudié pour décrire le microbiote dont il est issu.

• Cette description suppose une extraction d’ADN, une étape de séquençage et des analyses bio-informatiques.

Extraction d’ADN

Pool d’ADN

Echantillonnage

.05

• Il existe de nombreux microbiotes sur le corps humain.

• Microbiote intestinal: le plus important quantitativement et fonctionnellement

Vrai pour les animaux d’élevage aussi

… et animaux

Les microbiotes humains

• Ils forment une symbiose avec leur hôte

.06

De nouvelles approches médicales Une médecine personnalisée basée sur la caractérisation individuelle du microbiote intestinal pour: Le diagnostic de maladies ou la prédiction de réponse à un traitement (anticancéreux notamment) La guérison par la modification du microbiote par différents leviers +- au point: nutrition, probiotiques, transferts de microbiotes

Le microbiote intestinal: une influence énorme sur la santé humaine.

Des changements de caractéristiques (composition génique et bactérienne) du microbiote sont associés avec de nombreuses maladies :

• Obésité, • Diabète, • Maladie de Crohn,

• Cirrhose, • Maladies cardio-vasculaires, • Autisme,

• Parkinson, • Etc: la liste s’allonge

Et chez le poulet?

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Le microbiote digestif des volailles Description

Quantité de micro-

organismes

Colonisation du tractus digestif à l’éclosion par

ingestion de micro-organismes présents dans

l’environnement

CAECA

.08

Le microbiote digestif des volailles Facteurs de variation

Alimentation Génétique de l’hôte

Pratiques/ conditions d’élevage

Age

Antibiotiques/ anticoccidiens

Prébiotiques Probiotiques

Additifs

.09

Le microbiote digestif des volailles Rôles connus

Digestion Régulation du métabolisme

Effet barrière contre les pathogènes intestinaux

Régulation de • l’immunité, • la résistance aux

infections.

Comportement? Fonction trophique: • intestin, • système immunitaire.

→ Le microbiote digestif influence la santé, la robustesse, l’efficacité digestive, la sécurité sanitaire des aliments, le développement et la

croissance des animaux, etc.

.010

Le microbiote digestif des volailles Changement de paradigme

Phénotype = Génotype + Microbiote + Environnement

SANTE ROBUSTESSE

CARACTERES DE PRODUCTION

BIEN ETRE

Souche génétique?

Composition? Diversité? Richesse? Fonctions?

Alimentation Conditions d’élevage

Traitements

• Une perturbation du microbiote peut impacter la santé et la productivité des animaux.

• La modulation du microbiote peut rétablir une bonne santé et productivité?

.011

Modulation du microbiote intestinal Comment?

Pour optimiser les effets des leviers de modulation, il faut caractériser leurs effets sur le microbiote et sur l’hôte.

Comment caractériser le microbiote?

DYSBIOSE Ecosystème en déséquilibre,

défavorable à l’hôte

-

Leviers de modulation • Alimentation • Prébiotiques • Probiotiques • Pratiques

d’élevage • Génétique de

l’hôte

EUBIOSE Ecosystème en

équilibre, favorable à l’hôte

+ Santé

Robustesse Productivité

Microbiote Animal

.012

Outils d’étude du microbiote: avant le séquençage à haut débit

Culture in vitro Lourd, lent.

Méthode très sélective.

Extraction d’ADN L’étude de l’ADN a permis de

s’affranchir de l’étape de culture in vitro.

Plateforme @bridge, INRA Jouy-en-Josas

.013

• Gène présent dans chaque génome bactérien, avec une grande variabilité de séquence.

• Obtention de quelques dizaines de milliers de séquences par échantillon.

• Chaque séquence est spécifique d’une espèce bactérienne.

Méthode couramment employée

génome

Gène ARNr 16S

Quelques dizaines à quelques centaines d’espèces bactériennes identifiées par échantillon.

Lactobacillus salivarius

Clostridium perfringens

Butyricicoccus pullicaecorum

Faecalibacterium Prausnitzii ETC

Séquence Taxonomie

Copies des Gènes ARNr 16S

Détermination de la composition taxonomique d’un écosystème: quelles

bactéries, en quelle quantité?

Séquençage ciblé du gène de l’ARNr 16S

.014

• Plusieurs millions de séquences courtes par échantillon

Détermination de la composition génique, donc des fonctions potentielles du microbiote.

• Quelques dizaines de milliers de gènes identifiés par échantillon.

Séquence

Gène 1: glucoside hydrolase

Gène 2: beta-glucuronidase

Gène 3: beta-glucuronidase

Gène 4: cellulase ETC

Gène

• Les séquences sont assemblées pour reconstituer des gènes et génomes bactériens

Séquençage complet du métagénome

.015

Premier métagénome de référence

Un catalogue de > 3,3 millions de gènes bactériens (= 150 x génome).

Un petit microbiote “noyau” de 54 k gènes

Une grande variabilité individuelle

Qin et al, Nature 2010

Le métagénome intestinal humain

Et chez le poulet?

Poulet: métagénome de référence, en cours de construction: projet MetaChick

INRA-ITAVI-SYSAAF-Génoscope-Consortium privé

.016

Apports de la métagénomique

DYSBIOSE Ecosystème en déséquilibre,

défavorable à l’hôte

-

Leviers de modulation • Alimentation • Prébiotiques • Probiotiques • Pratiques

d’élevage • Génétique de

l’hôte

EUBIOSE Ecosystème en

équilibre, favorable à l’hôte

+ Santé

Robustesse Productivité

Microbiote Animal

Métagénome de référence manquant

Description du microbiote: Séquençage 16S rDNA Métabolomique Métagénomique ? Métatranscriptomique ?

• Un formidable outil de connaissance du microbiote

• Un accélérateur des recherches sur le microbiote

.017

Quelles applications?

DYSBIOSE Ecosystème en déséquilibre,

défavorable à l’hôte

-

Leviers de modulation • Alimentation • Prébiotiques • Probiotiques • Pratiques

d’élevage • Génétique de

l’hôte

EUBIOSE Ecosystème en

équilibre, favorable à l’hôte

+ Santé

Robustesse Productivité

Microbiote Animal

Définition d’un microbiote sain

Description du microbiote: Séquençage 16S rDNA Métabolomique Métagénomique ? Métatranscriptomique ?

.018

Quelles applications?

Développement d’outils de diagnostic ou de prédiction de pathologies

• Le microbiote d’animaux malades est très souvent différent du microbiote d’animaux sains.

Recherche de biomarqueurs du microbiote = signatures de pathologies: bactéries ou gènes.

Animal sain Animal malade

Définition d’un microbiote sain

Biomarqueurs?

.019

Traitement de pathologies ou de dysbioses

• En restaurant un microbiote sain.

• Par l’action de différents leviers de modulation à mettre au point

Quelles applications?

12ièmes JRA-JRFG, Tours, 5 & 6 avril 2017

Définition d’un microbiote sain

Leviers de modulation ?

.020

Prévention des pathologies et optimisation des performances • En facilitant la colonisation par un microbiote favorable dès l’éclosion.

• En favorisant le maintien d’un microbiote favorable tout au long de la vie de l’animal.

• Par l’action de différents leviers à mettre au point

Quelles applications? Définition d’un microbiote sain

Leviers de modulation?

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• Des enjeux multiples et importants:

Alternatives aux antibiotiques, optimisation des performances, bien-être robustesse, santé, sécurité sanitaire, durabilité des élevages.

• Des leviers de modulation du microbiote à optimizer: Pré/probiotique, alimentation, additifs, flores de barrière.

• Des leviers à developer: Génétique, pratiques d’élevage, etc.

• Des recherches sur le microbiote très actives, avec des outils de métagénomique en plein développement.

Une collaboration multidisciplinaire recherche – industrie indispensable.

Conclusion: des applications dans la filière avicole, est-ce réaliste? Oui!

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• Partenaires du consortium MetaChick • UMR GABI, INRA Jouy-en-Josas Fanny Calenge, Jordi Estellé, Bertrand Bed’Hom

• MetaGenoPolis, INRA Jouy-en-Josas Joël Doré, Nicolas Pons, Marie Jeammet, Florence Levenez, Dusko Ehrlich

• UMR PEGASE, Rennes Frédéric Lecerf, Colette Désert, Sandrine Lagarrigue

• UMR MICALIS, Jouy-en-Josas Pascale Serror, Joël Doré

• UMR ISP, INRA Nouzilly Philippe Velge, Pascale Quéré, Sascha Trapp, Catherine Schouler, Benoit Doublet, Etienne Giraud, Françoise Bussière, Isabelle Virlogeux-Payant

• URA, INRA Nouzilly Irène Gabriel, Sandrine Mignon-Grasteau, Michel Duclos, Elisabeth Duval

• UMR GENPHYSE, Toulouse Olivier Zemb

Remerciements

.023

MetaChick – Un projet France Génomique

Objectifs

Enjeux

1. Construire un métagénome caecal de reference à partir de 600 échantillons. 2. Utiliser cet outil pour caractériser les échantillons collectés.

• Analyses de biodiversité. • Etude des facteurs de variation du microbiote. • Recherche de gènes d’intérêt spécifiques (antibiorésistance). • Etude de lignées expérimentales.

• Caractérisation approfondie du microbiote des différents types de production français.

• Accès à la métagénomique fonctionnelle/ quantitative. • Perspectives appliquées : développement d’outils de

modulation du microbiote intestinal