Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 10/02/2023
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-012673)
1 344 souris et rats vont être utilisés, tous tués à l’issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance léger. Ils reçoivent par gavage une bactérie commensale de l’intestin, puis des prélèvements de fèces, avant une mise à mort pour prélever leurs tissus intestinaux, aucun ne pouvant être réutilisé en raison du risque de contamination. Le porteur étudie comment cette bactérie s’attache à l’intestin et stimule l’immunité, en vue d’une plateforme de vaccins et d’un probiotique, des applications renvoyées au long terme. Il affirme que la culture in vitro ne reproduit pas les interactions d’un organisme complexe et retient le modèle murin.
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
La Bactérie Filamenteuse Segmentée (SFB, segmented filamentous bacteria) est une bactérie commensale commune de l’intestin. Contrairement à la plupart des autres commensaux, qui résident généralement dans la lumière intestinale, SFB se fixe intimement aux cellules de l’intestin d’une manière spécifique de l’espèce. En raison de cet attachement, SFB stimule puissamment le système immunitaire de l’hôte. Comme l’attachement à l’intestin est une étape clé de son potentiel de stimulation immunitaire, nous visons à mieux comprendre cette partie du cycle de vie en analysant les détails structurels et moléculaires de SFB lorsqu’il est cultivé dans un hôte où il peut se fixer et dans un hôte où il lui est impossible de s’attacher. Il y a deux objectifs principaux à ce projet : 1. Mise en évidence des caractéristiques structurelles de SFB dans des conditions d’attachement et de non-attachement. Les différences structurelles fourniront des informations importantes sur la manière dont SFB peut interagir avec son hôte. 2. Comprendre comment la motilité et la reconnaissance de ses composants par le système immunitaire inné peuvent impacter le potentiel immunostimulateur de SFB.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
La compréhension de l’attachement de SFB à son hôte aura des conséquences translationnelles directes. En effet, ces connaissances nous permettrons de modifier la spécificité d’hôte et d’utiliser SFB de souris chez l’homme pour concevoir une nouvelle plate-forme d’administration de vaccins. Ce projet nous permettra également de mieux comprendre l’impact de la colonisation du SFB sur d’autres commensaux et pathogènes intestinaux. En effet, nous pensons que SFB a co-évolué avec son hôte afin d’obtenir de l’énergie en échange d’une résistance à la colonisation : SFB façonne la composition du microbiote et en même temps renforce la barrière intestinale et les défenses immunitaires. Ces connaissances constituent la base d’une application translationnelle de SFB pour à la fois améliorer la santé intestinale à l’avenir en tant que probiotique et comme outil de vaccination. Il est important de savoir comment des facteurs bactériens et des facteurs de l’hôte sont impliqués dans le puissant potentiel immunostimulant de SFB. Ces données nous amènerons à comprendre comment SFB est capable de modifier l’environnement immunitaire homéostatique chez l’hôte pour à la fois le protéger mais aussi exacerber des phénotypes pathogéniques. Ce n’est qu’avec une meilleure idée des détails moléculaires de ces mécanismes que des études thérapeutiques pourrons être conçues pour stimuler ou entraver les effets immunologiques de SFB sur l’hôte.
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Lors de la première procédure, les animaux subiront une inoculation de SFB par gavage (introduction d’une suspension bactérienne concentrée dans l’estomac à l’aide d’une sonde gastrique) au jour 0, ce qui prend environ 1 minute. Au début et au fin de l’expérience (8, 14 ou 21 jours) des prélèvements de fèces seront réalisés sur animaux vigiles, ce qui prend environ 5 minutes. Lors de la deuxième procédure, les mères souris subiront une inoculation de SFB par gavage et sur leur ventre avec une solution bactérienne concentrée au jour 0 (2 semaines après la naissance de ses petits). Des fèces seront prélevés sur les souris mères vigiles à J0 (semaine 2 des nouveau-nés) de la procédure et une ou deux semaines après en fonction du point final. Un prélèvement de fèces prend environ 5 minutes.
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
La colonisation par les SFB est sans complication chez l’animal. Le seul risque est lié au gavage qui peut provoquer l’introduction de liquide dans les poumons de l’animal. Pour s’assurer du bien-être des animaux, ils seront surveillés pendant 10 minutes après la procédure.
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
Tous les animaux seront mis à mort à la fin de chaque procédure car ils ne peuvent être ni réutilisés, ni replacés, ni adoptés car le risque de contamination par transferts répétés de souris est trop important. A l’issue de la première procédure expérimentale, les animaux seront mis à mort afin de pouvoir récupérer les SFB intestinaux pour analyse. A l’issue de la deuxième procédure expérimentale les animaux seront mis à mort afin de pouvoir récupérer les tissus intestinaux pour analyse.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
SFB est une espèce commensale spécifique qui se cultive très difficilement, ce qui limite l’utilisation de système in vitro. Notre laboratoire a réussi à mettre au point un protocole de culture in vitro pour les SFB. Cependant cette technique est difficile et limitée dans le temps, et ne nous permet pas de modéliser fidèlement les interactions microbiennes pouvant avoir lieu dans un organisme complexe tel que l’Homme. Afin de pouvoir atteindre nos différents objectifs, nous devons donc utiliser des organismes tels que le rongeur pour reproduire le plus fidèlement possible les interactions multiples observés chez l’Homme. Par ailleurs, pour comprendre l’interaction complexe entre l’hôte et les SFB, des modèles de souris in vivo génétiquement modifiés sont nécessaires pour l’étude tissulaire du système immunitaire. L’utilisation de rats est nécessaire pour pouvoir étudier SFB dans des conditions in vivo où il s’attache et ne s’attache pas afin de décrypter les facteurs impliqués dans l’attachement Lors de nos différentes procédures expérimentales nous utiliserons un modèle animal qui nous permettra d’observer et d’étudier les différentes réactions immunitaires induites par les SFB dans un organisme ayant un système immunitaire mature et pouvant être contrôlé. Ce modèle animal nous permettra également d’étudier et de caractériser les interactions physiques et moléculaires des SFB avec leur hôte, notamment au niveau de l’épithélium intestinal. Ce modèle nous permettra également d’étudier la réponse immunitaire induite par les SFB chez des hôtes ayant des caractéristiques immunitaires et tissulaires différentes. Cela nous permettra d’étudier plus précisément les différents mécanismes immunitaires mis en jeu lors d’une colonisation bactérienne.
2. Réduction
Afin de respecter le principe de réduction dans la conception de nos expérimentations, limité au maximum le nombre de procédure expérimentale tout en permettant d’atteindre nos objectifs, chaque procédure expérimentale nous permettra d’atteindre un des objectifs spécifiques précédemment cités. Nous nous sommes assurés de la non redondance de nos expérimentations afin d’exclure toute répétition d’étude antérieures. Ainsi nous garantissons lors de notre projet l’obtention de résultats originaux. Nous nous attachons à partager et réutiliser les tissus et prélèvements pour des analyses multiples. Afin de garantir l’obtention de résultat concluant tout en utilisant le moins d’animaux possible, chaque expérimentation a fait l’objet d’une réflexion approfondie en amont. Nous avons fait appel à un biostatisticien afin de réduire au maximum le nombre d’animaux nécessaire tout en nous permettant d’atteindre nos objectifs scientifiques. Nous utiliserons lors de nos procédures expérimentales des animaux ayant des caractéristiques similaires nous permettant de diminuer la variabilité entre individu. Nos protocoles expérimentaux sont parfaitement au point pour limiter au maximum la variabilité technique.
3. Raffinement
Dans un principe de raffinement, et afin de limiter l’impact de la vie en captivité, les souris et les rats seront hébergées dans des cages correctement alimentées en nourriture et en eau pour garantir leurs besoins physiologiques. Pour garantir les besoins comportementaux de base des souris, les cages seront enrichies avec des cylindres de coton, des bâtons à ronger et un tunnel. Les souris et les rats seront hébergées en groupe. Si cela est justifié par le comportement agressif ou pour permettre la récupération d’une souris après une manipulation technique, une souris pourra être isolée pour une durée ne dépassant pas 3 semaines. Un complément alimentaire pourra être rajouté pour accélérer la récupération de la souris. Nous avons également favorisé aux maximum les procédures non invasives, et limité à l’essentiel les procédures invasives. Les procédures invasives décrites ci-dessous seront réalisées par des personnels compétents et limité au maximum dans le temps. Dans ce projet, nous ne nous attendons pas à avoir d’altération du bien-être des animaux. Toutefois, le bien-être des animaux sera évalué avec une grille de score et si à un moment quelconque de l’expérience, nous observons que l’animal a un score clinique de 2 ou plus, l’animal sera mis à mort.
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
Nous avons choisi de réaliser nos expérimentations sur des modèles murins. Ces modèles présentent plusieurs avantages. D’un point de vue technique l’utilisation d’un modèle murin nous permet d’utiliser des infrastructures déjà existantes et respectant la législation en termes d’expérimentation animale. La reproduction et la maturation rapide du modèle murin nous permettra de rapidement obtenir des individus pour nos expérimentations. De plus, le modèle murin nous permet de bénéficier d’un nombre important de modèle génétiquement modifié et humanisé nous permettant de mener à bien nos investigations scientifiques. D’un point de vue anatomique le modèle murin présente de grandes similitudes avec l’Homme. Ces similitudes nous permettrons de modéliser le plus fidèlement les mécanismes observer chez l’Homme et fond du modèle murins un modèle idéal pour l’étude des interactions hôte-microbiote. L’utilisation de rats est nécessaire dans un contexte très limité pour pouvoir traiter l’adhérence spécifique à l’espèce de SFB, ce qui n’est pas possible en utilisant un autre système modèle. Pour la première et deuxième procédure, des souris et des rats mâles et femelles âgées de 8 à 12 semaines, seront utilisés. Pour cette étude nous avons choisi de travailler avec des souris et des rats adultes dont le système immunitaire est pleinement développé. De plus, les procédures de manipulation telles que le gavage sont plus faciles à réaliser chez les souris et les rats adultes. Pour la troisième procédure, nous visons à déterminer l’activation immunitaire induite par SFB chez les jeunes souris avant et après le sevrage. Pour cela, nous avons conçu notre procédure pour minimiser la détresse des animaux. Nous ne ferons donc un gavage à la mère que la deuxième semaine après la mise bas et répandrons également la bactérie sur le ventre de la mère souris pour faciliter la transmission aux petits. Nous avons choisi de ne pas nourrir de force les jeunes souris (dans leur deuxième semaine d’âge) mais plutôt de les nourrir d’une petite quantité de solution bactérienne sans aucune procédure invasive pour maximiser le succès de la colonisation et de la reproductibilité.