Soutenance de thèse de MAXIME MBOGNING FONKOU

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Maladies Infectieuses
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
CULTUROMICS,BIODIVERSITE,MICROBIOTE,TRACTUS RESPIRATOIRE,CRACHAT,
Keywords
CULTUROMICS,BIODIVERSITY,MICROBIOTA,RESPIRATORY TRACT,SPUTUM,
Titre de thèse
EXPLORATION DU MICROBIOTE RESPIRATOIRE HUMAIN
HUMAN RESPIRATORY MICROBIOTA EXPLORATION
Date
Jeudi 22 Novembre 2018 à 13:30
Adresse
19-21 Boulevard Jean Moulin, 13005, Marseille
Amphi
Jury
Directeur de these Didier RAOULT Aix Marseille Université
Rapporteur Gilbert GREUB University of Lausanne
Examinateur Florence FENOLLAR Aix Marseille Université
Rapporteur Mahamadou Ali THERA University of Sciences, Techniques and Technologies of Bamako, Bamako, Mali

Résumé de la thèse

L'exploration du microbiote humain ainsi que l’impact de ses variations sur la santé humaine est devenue un enjeu majeur de ce siècle en termes de santé humaine. Les connaissances accumulées jusqu’ici pourraient contribuer au développement de thérapies pour les maladies métaboliques, la protection contre les infections ou plus récemment la réponse aux thérapies anticancéreuses. Si la flore digestive demeure la thématique privilégiée de ces travaux le nombre de publications traitant du microbiote respiratoire a augmenté ces dernières années. En particulier, les progrès du séquençage à haut débit ont ouvert un nouveau champ de recherche, brisant mythe selon lequel le poumon est stérile. Ainsi il a été démontré que cette flore pulmonaire est altérée au décours de maladies pulmonaires chroniques telles que l'asthme, la mucoviscidose, la Broncho Pneumopathie Chronique Obstructive et plus récemment le cancer du poumon. Des études sur des individus asymptomatiques ont montré que le microbiote respiratoire peut également être influencé par des facteurs génétiques, environnementaux tels que la consommation d’alcool, de tabac ou encore l’exposition à la pollution. L’arbre respiratoire étant en permanence exposé à des bactéries présentes dans l’air et donc environnementales, les études moléculaires surestiment possiblement la diversité des microbes colonisant les voies aériennes. Il est donc essentiel d’établir un répertoire des bactéries cultivées à partir de ce site anatomique. Par ailleurs une grande partie des bactéries colonisant le tractus respiratoire n’ont pas encore été cultivées, dans la mesure où les approches diagnostiques se limitent à la culture d’espèces de croissance facile, ou d’intérêt médical uniquement. L’établissement d’un répertoire exhaustif ainsi que son élargissement par l’utilisation de méthodes de culture haut-débit constituent les deux objectifs principaux de ce travail. Nous avons d'abord établi la toute première liste de bactéries identifiées par culture des voies respiratoires au travers de la littérature scientifique. Nous répertorions ici 756 espèces, ce qui représente 27,23% de l’ensemble des bactéries isolées chez l’homme lorsque comparé au répertoire établi récemment par Bilen et al. Parmi ces bactéries, 514 avaient déjà été isolées au moins une fois dans les poumons. Considérant les bactéries isolées pour la première fois dans des échantillons de poumons, plus de moitié (i.e., 65,5%) ont été identifiées après les années 2000, soulignant la nécessité de poursuivre les efforts pour cultiver des microbes à partir des échantillons de voies respiratoires. En effet, cette observation pourrait refléter les progrès substantiels réalisés dans les méthodes d'identification, en particulier l'avènement du MALDI-TOF MS permettant aux laboratoires de microbiologie clinique d’identifier des microbes rares. Nous pensons que la combinaison de méthodes de culture à grande échelle telles que la culturomique et la métagénomique aidera à mieux décrire le microbiote pulmonaire. Des études antérieures sur le microbiote digestif ont montré la complémentarité de ces deux approches. Nous avons ensuite utilisé des approches culturomiques et métagénomiques pour explorer le microbiote respiratoire d'individus sains. Nous avons isolé 193 bactéries par culturomics. Parmi ceux-ci, nous avons ajouté 84 bactéries au répertoire du microbiote respiratoire (16 %), dont 14 nouvelles espèces. En utilisant des approches métagénomiques, 139 Unités Taxonomiques Opérationelles (OTU) identifiées au rang de l'espèce dont seulement 49 (17,3 %) étaient également retrouvées par culturomique, confortant la complémentarité des deux approches. Enfin, nous avons utilisé la taxonogénomique, une nouvelle approche permettant la description de nouvelles espèces bactériennes en intégrant les données génomiques et protéomiques à celles classiquement intégrées. En utilisant cette approche, 19 bactéries ont été décrites dans le cadre de ce travail de thèse.

Thesis resume

The exploration of the human microbiota and the impact of its variations on human health has become a major challenge of this century in terms of human health. The knowledge accumulated so far could contribute to the development of therapies for metabolic diseases, protection against infections or more recently the response to anticancer therapies. If the digestive flora remains the preferred theme of this work, the number of publications dealing with the respiratory microbiota has increased in recent years. In particular, advances in high throughput sequencing have opened up a new field of research, breaking myth that the lung is sterile. Thus it has been shown that this pulmonary flora is altered in the course of chronic lung diseases such as asthma, cystic fibrosis, Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) and more recently lung cancer. Studies on asymptomatic individuals have shown that the respiratory microbiota can also be influenced by genetic, environmental factors such as the consumption of alcohol, tobacco or exposure to pollution. Because the respiratory tree is permanently exposed to airborne and therefore environmental bacteria, molecular studies may overestimate the diversity of microbes colonizing the airways. It is therefore essential to establish a repertoire of bacteria grown from this anatomical site. In addition, most of the bacteria that colonize the respiratory tract have not yet been cultured, since diagnostic approaches are limited to the cultivation of easy-growth species, or of medical interest only. The establishment of a comprehensive directory and its expansion through the use of high-speed culture methods are the two main objectives of this work. We first established the first ever list of bacteria identified by airway culture through the scientific literature. Here we list 756 species, representing 27.23% of all bacteria isolated from humans when compared to the recently established repertoire of Bilen et al. Of these bacteria, 514 had already been isolated at least once in the lungs. Considering bacteria isolated for the first time in lung samples, more than half (ie, 65.5%) were identified after the 2000s, highlighting the need for continued efforts to grow microbes from lane samples respiratory. Indeed, this observation could reflect the substantial progress made in identification methods, in particular the advent of the MALDI-TOF MS method enabling clinical microbiology laboratories to identify rare microbes. We believe that the combination of large scale culture methods such as culturomics and metagenomics will help to better describe the pulmonary microbiota. Previous studies on the digestive microbiota have shown the complementarity of these two approaches. We then used culturomic and metagenomic approaches to explore the respiratory microbiota of healthy individuals. We isolated 193 bacteria by culturomics. Of these, we added 84 bacteria to the repertoire of the respiratory microbiota (%), including 14 new species discovered. Using metagenomic approaches, 139 Operational Taxonomic Units (OTU) identified with the rank of the species of which only 49 (17.3%) were also recovered by culturomics, reinforcing the complementarity of the two approaches. Finally, we used taxonogenomics, a new approach for describing new bacterial species by integrating genomic and proteomic data with those that are classically integrated (ie phenotypic, biochemical and genotypic). Using this approach, 19 bacteria were described as part of this thesis work. Keywords: Healthy human lung microbiota, healthy, culturomics, MALDI-TOF, 16S sequencing, taxonogenomics.