Soutenance de thèse de Thi Phuong Thao PHAM

Contexte : Kwashiorkor et marasme sont considérés comme deux maladies cliniques différentes résultant de la malnutrition aigüe sévère, mais cette distinction a été remise en question. Comprendre les mécanismes pathophysiologiques distincts de la malnutrition sévère ouvrira les portes de nouvelles options thérapeutiques. Dans cette thèse, nous avons examiné les différences du microbiote intestinal ainsi que d’autres différences spécifiques dans littérature entre kwashiorkor et marasme. Méthodes : Des échantillons fécaux prélevés chez 17 enfants atteints de malnutrition aigüe sévère, marasme (n=7) ou kwashiorkor (n=10) et 5 enfants sains au Sénégal et au Niger, ont été testées par culturomics. Les résultats ont ensuite été comparés au séquençage métagénomique ciblée (gène de l’ARN ribosomal 16S). En combinaison avec les résultats récents dans notre laboratoire, la recherche exhaustive des données comparant kwashiorkor et marasme dans la littérature et les méta-analyses sont effectués pour fournir des caractéristiques cohérentes et reproductibles qui différencient kwashiorkor et marasme. Résultats : Il existe un gradient entre le microbiote intestinal des enfants sains et ceux atteints de marasme et de kwashiorkor. Ce gradient représentait une diminution prédominante de la diversité d’anaérobie chez le kwashiorkor par rapport au marasme. Ce résultat concordait avec les gradients observés dans la littérature, y compris la déplétion d'albumine, de transferrine, de zinc, de cuivre et de vitamine A, qui étaient toutes connues pour leur activité antioxydante. En particulier, la diminution du glutathion et l’infiltration graisseuse dans le foie ont été observées uniquement chez les kwashiorkor. Le kwashiorkor était caractérisé par une augmentation de protéobactéries (Marasme 5.0%, Kwashiorkor 16.7%, p<0.0001, en culture; Marasme 14.7%, Kwashiorkor 22.0%, p=0.001, en métagénomique), et le marasme était caractérisé par une diminution de Bacteroidetes (culturomics, Marasme 0.8%, Kwashiorkor 6.5%, p=0.001; métagénomique, Marasme 5.4%, Kwashiorkor 7.0%, p=0.03). Les fusobactéries ont été plus fréquemment cultivées dans le kwashiorkor. De plus, toutes les espèces potentiellement pathogènes ont été enrichies au sein du microbiote intestinal des cas de kwashiorkor à l’aide des deux techniques microbiologiques (culturomics et métagénomique). D'autre part, notre méta-analyse des études analysant le traitement aux antibiotiques chez des enfants malnutris a montré que les antibiotiques (amoxicilline et cefdinir) avaient un effet efficace sur la survie des enfants kwashiorkor (OR 0.48, p<0.05) mais n'ont pas d’effet sur la survie des enfants touchés par le marasme (OR 0.98, p=0.95). Interprétation : Par rapport au marasme, le kwashiorkor était associée à une dysbiose intestinale plus grave, y compris la perte prédominante de la diversité anaérobie, qui est cohérente avec la déplétion des antioxydants que l'on retrouve dans la littérature. En outre, toutes les caractéristiques spécifiques y compris la déplétion du glutathion, l'infiltration du foie gras, la prolifération des protéobactéries et des fusobactéries dans le kwashiorkor suggèrent qu'il existe un mécanisme pathophysiologique spécifique dans le kwashiorkor et que la dysbiose intestinale pourrait être un facteur clé potentiel dans la pathogenèse. De plus, la méta-analyse a permis de montrer que le traitement antibiotique était seulement efficace sur la survie des enfants touchés par la kwashiorkor. Ceci était cohérent avec la prolifération marquée des espèces potentiellement pathogènes dans le cas du kwashiorkor. En conclusion, les résultats ont fourni une base biologique pour l’utilisation des antibiotiques avant la renutrition, l’utilisation des antioxydants pour favoriser les bactéries anaérobies de l'intestin mais également l’application des mélanges probiotiques afin de restaurer un microbiote intestinal anaérobie sain.

Background: Kwashiorkor and marasmus are considered to be two different clinical diseases resulting from severe acute malnutrition, but this distinction has been questioned. Understanding the distinct pathophysiological mechanisms of severe malnutrition will open the door to new therapeutic options. In this thesis, we examined the difference in gut microbiota as well as other specific differences in the literature between kwashiorkor and marasmus. Methods: Faecal samples that have been tested by culturomics, taken from 17 children with severe acute malnutrition, either marasmus (n=7) or kwashiorkor (n=10) and 5 healthy children in Senegal and Niger. The results were then compared to targeted metagenomic sequencing (v3v4 rRNA 16S gene). Combined with recent results in our laboratory, the exhaustive research of data comparing kwashiorkor and marasmus in the literature and meta-analysis are carried out to provide consistent and reproducible characteristics that differentiate kwashiorkor from marasmus. Results: A gradient formed from healthy children to those of marasmus and kwashiorkor represented the predominant decrease in anaerobic diversity in kwashiorkor compared to marasmus. The results were consistent with the gradients observed from literature, including the decrease in serum total protein, albumin, transferrin, zinc, copper and vitamin A concentrations which were all known for their antioxidant activity. Particularly, decreased glutathione and high fat content in liver were observed only in kwashiorkor. Compared to marasmus, the kwashiorkor gut microbiota was characterized by an increased proportion of Proteobacteria (Marasmus 5.0%, Kwashiorkor 16.7%, p<0.0001, for culturomics; Marasmus 14.7%, Kwashiorkor 22.0%, p=0.001, for metagenomics), but there was a decreased proportion of Bacteroidetes in the marasmus gut microbiota (culturomics, Marasmus 0.8%, Kwashiorkor 6.5%, p=0.001; metagenomics, Marasmus 5.4%, Kwashiorkor 7.0%, p=0.03). Fusobacteria was more frequently cultured from children with kwashiorkor. Strikingly, all detected potential pathogenic species were enriched in the kwashiorkor gut microbiota by both techniques (culturomics and metagenomics). On the other hand, our meta-analysis of studies analysing antibiotic treatment in malnourished children showed that antibiotics (amoxicillin and cefdinir) had a significant effect on survival of kwashiorkor children (OR 0.48, p<0.05) but no effect on the survival of marasmus children (OR 0.98, p=0.95). Interpretation: Compared to the marasmus, kwashiorkor was associated with more severe intestinal dysbiosis, including the predominant loss of anaerobic diversity, which is consistent with the depletion of antioxidants found in the literature. In addition, all specific characteristics including decreased glutathione, fatty liver infiltration, proliferation of Proteobacteria and Fusobacteria in kwashiorkor suggest that there is a specific pathophysiological mechanism in kwashiorkor and that intestinal dysbiosis could be a potential key factor in pathogenesis. In addition, the meta-analysis showed that antibiotic treatment was only effective on the survival of children affected by kwashiorkor. This was also consistent with the marked proliferation of potentially pathogenic species in the case of kwashiorkor. In conclusion, the results provided a biological basis for the use of antibiotics before re-nutrition, antioxidants to promote anaerobes in the intestine and probiotic mixtures to restore a healthy anaerobic intestinal microbiota.