Thesis, COLLÉGIALITÉ

Abstract

Aspergillus spp. are primarily saprotrophic fungi but can also be among the most prevalent opportunistic human fungal pathogens. They are widespread in the environment, releasing large quantities of small airborne conidia, whose concentration in the air can reach up to 108 per m3 in some environments. In immunocompromised individuals, inhalation of Aspergillus spp. conidia can lead to various diseases, ranging from hypersensitivity reactions to life-threatening systemic infections called aspergillosis. At the level of the airways, the conidia interact with the diverse microbial communities forming the lung microbiota, which has been suggested to influence the germination and growth of Aspergillus spp. in the human respiratory tract. Furthermore, the chemical arsenal of existing antifungal therapies is very limited, and the same molecules are used both in human health and agriculture, leading to the emergence and spread of resistance among pathogens. Therefore, there is an urgent need to find alternatives to control these pathogens by identifying, for instance, manipulable elements from within the airway microbiota to develop therapeutic tools to control Aspergillus. However, the specific mechanisms underlying the interaction between the pulmonary microbiota and aspergillosis have not yet been sufficiently investigated. In this study, we aimed to assess the capability of two Pseudomonas aeruginosa bacterial strains isolated from bronchoalveolar lavage fluid (BALF) samples from transplanted patients, to control the germination and growth of A. fumigatus conidia in an in-vitro Calu-3 cell culture model. To this end, we co-cultured both P. aeruginosa and A. fumigatus, and assessed the permeability of the tissues, the cytotoxicity, and measured the pH, as well as the calcium (Ca2+) and iron concentrations in the culture medium. We showed a strong inhibition of A. fumigatus growth on Calu-3 cell culture monolayers. However, the isolated P. aeruginosa strains were shown to cause significant damage to the cell monolayers. This study permitted to validate an in-vitro model of Calu-3 cell monolayers to evaluate the inhibitory potential of bacterial strains against A. fumigatus from BALF samples. This opens up a new approach for further and more thorough investigations of the inhibitory capacity of other antagonistic bacteria from the pulmonary microbiota against A. fumigatus, or other fungal pathogens using this in-vitro model of Calu-3 cell monolayers.

Les Aspergillus spp. sont principalement des champignons saprophytes mais peuvent également être parmi les agents pathogènes fongiques opportunistes les plus répandus chez l'homme. Ils sont largement présents dans l'environnement, libérant de grandes quantités de petites conidies aéroportées dont la concentration dans l'air peut atteindre jusqu'à 108 par m3 dans certains milieux. Chez les individus immunodéprimés, l'inhalation de conidies d’Aspergillus spp. peut entraîner diverses maladies, allant de réactions d'hypersensibilité à des infections systémiques potentiellement mortelles, appelées aspergilloses. Au niveau des voies respiratoires, les conidies interagissent avec les diverses communautés microbiennes formant le microbiote pulmonaire, qui a été suggéré comme ayant une influence sur la germination et la croissance des Aspergillus spp. dans les voies respiratoires humaines. De plus, l'arsenal chimique des thérapies antifongiques existantes est très limité, et les mêmes molécules sont utilisées à la fois dans la santé humaine et l'agriculture, ce qui entraîne l'émergence et la propagation de résistances parmi les agents pathogènes. Par conséquent, il est urgent de trouver des alternatives pour contrôler ces agents pathogènes en identifiant, par exemple, des éléments manipulables du microbiote des voies respiratoires afin de développer des outils thérapeutiques pour contrôler les Aspergillus. Cependant, les mécanismes spécifiques sous-jacents à l'interaction entre le microbiote pulmonaire et l'aspergillose n'ont pas encore été suffisamment étudiés. Dans cette étude, notre objectif était d'évaluer la capacité de deux souches bactériennes de Pseudomonas aeruginosa isolées à partir d'échantillons de lavage broncho-alvéolaire (LBA) de patients transplantés à contrôler la germination et la croissance des conidies d’Aspergillus fumigatus dans un modèle de culture cellulaire Calu-3 in vitro. À cette fin, nous avons co-cultivé à la fois P. aeruginosa et A. fumigatus et évalué la perméabilité des tissus, la cytotoxicité, et mesuré le pH, ainsi que les concentrations de calcium (Ca2+) et de fer dans le milieu de culture. Nous avons observé une forte inhibition de la croissance de A. fumigatus sur les monocouches de culture de cellules Calu-3. Cependant, les souches isolées de P. aeruginosa ont été responsables de dommages significatifs aux monocouches cellulaires. Cette étude a permis de valider un modèle in-vitro de culture de cellules Calu-3 afin d’évaluer le potentiel inhibiteur de souches bactériennes contre A. fumigatus à partir d'échantillons de LBA. Cela amène une nouvelle approche pour investiguer ultérieurement et de manière plus approfondie la capacité inhibitrice d'autres bactéries antagonistes présentes dans le microbiote pulmonaire contre A. fumigatus, ou d'autres agents pathogènes fongiques, en utilisant ce modèle in-vitro de culture de cellules Calu-3.