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Understanding the contribution of the gut microbiota and its metabolites to the development and functioning of the innate peripheral immune system

Impact du microbiote intestinal et de ses métabolites sur le développement et la maturation du système immunitaire inné

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Abstract

The gut microbiota (GM) plays a critical role in the maintenance of intestinal homeostasis, immune system maturation and resistance to pathogens. The GM favors and calibrate many aspects of the innate immune system’s maturation and functioning through the production of metabolites such as Short Chain Fatty Acids (SCFA). In mice, recent data highlight the existence of a dialog between the GM and the respiratory tract, referred to as the « gut-lung axis », which proves to be crucial to mucosal immunity. Various components and metabolites derived from the GM, such as SCFA, are essential mediators that regulate peripheral innate immune system functions. However, the gut-lung axis remains an unexplored concept in the chicken, where the most important avian diseases are caused by pathogens targeting both respiratory and digestive tracts. In order to test this hypothesis, we explored the effect of butyrate using an original model of chicken lung epithelial cell line. We have highlighted that this metabolite, in physiological concentrations, highly increases the expression of OASL, a gene strongly involved in antiviral immunity. This metabolite also potentiates the immune responses associated with type I interferons (IFN-I) and TLR3 agonist stimulation. In parallel, we explored the global impact of the absence of microbiota on the immune system of the animal. In order to do that, we collected various samples along the gut lung axis on conventional (« normal » microbiota) and germ-free (microbiota-free) chickens. Our data show that there is no difference in leucocytes number or phenotypes in the spleen of conventional compared to germ-free chickens Altogether, these results will open the door to new husbandry practices and will help developing probiotics to which the main role will be to favor an early development of the microbiota and the immune system.
Le microbiote intestinal (MI) est essentiel au maintien de l'homéostasie intestinale, à la maturation du système immunitaire et à la résistance aux agents pathogènes. Le MI favorise et détermine de nombreux aspects du développement du système immunitaire inné via la production de métabolites, comme les acides gras à chaine courte (AGCC). De nouvelles données expérimentales chez la souris soulignent l’existence d’un dialogue entre le MI et les poumons, appelé « axe intestin-poumon », qui s’avère crucial dans l’immunité des muqueuses. Plusieurs composants et métabolites dérivés du MI, tels que les AGCC, se sont révélés des médiateurs essentiels qui régulent le fonctionnement du système immunitaire inné périphérique. Néanmoins, l'axe intestin-poumon est un concept qui reste inexploré chez le poulet, chez qui les agents pathogènes responsables des maladies aviaires les plus importantes sur le plan économique ciblent les tractus respiratoire et digestif. Afin de démontrer cette hypothèse nous avons exploré les effets d’un AGCC (butyrate) sur un modèle cellulaire original de cellule épithéliale de poumon de poulet. Nos résultats mettent en évidence une forte augmentation de l’expression d’OASL, un gène clé de l’immunité antivirale, par le butyrate à une concentration physiologique. Ce même métabolite potentialise la réponse immunitaire médiée par les interférons de type I (IFN-I) et par un agoniste TLR3. En parallèle, nous nous sommes intéressés à l’impact plus global de l’absence de microbiote sur le système immunitaire de l’animal. Pour cela, nous avons prélevé différents organes le long de l’axe intestinpoumon sur des poulets conventionnels (microbiote « normal ») et axéniques (sans microbiote). Nos premières données indiquent qu’il n’existe pas de différence entre le nombre et le phénotype des leucocytes de rates d’animaux conventionnels ou axéniques. Ces travaux ouvriront la porte à des nouvelles pratiques d’élevage et au développement de probiotiques dont le rôle serait de favoriser un développement précoce et favorable du microbiote et du système immunitaire.
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Dates and versions

hal-03771882 , version 1 (07-09-2022)

Identifiers

  • HAL Id : hal-03771882 , version 1

Cite

Vincent Saint-Martin, Vanaïque Guillory, Sascha Trapp, Pascale Quéré, Rodrigo Guabiraba. Impact du microbiote intestinal et de ses métabolites sur le développement et la maturation du système immunitaire inné. 14. Journées de la Recherche Avicole et Palmipèdes à Foie-Gras (JRA), Mar 2022, Tours, France. ⟨hal-03771882⟩
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