The UMI-MicroMeNu between the Italian National Research Council (CNR) and Université Laval is aimed at strengthening the scientific and technological cooperation between these two institutions through exchanges of students and knowledge in the framework of bilateral research projects aimed at solving new Northern population medical problems associated with gut microbiota dysfunction. It includes researchers coming from the Research Centre of the Institute of Cardiology and Pneumology (CRIUCPQ), the Institute of Nutrition and Functional Foods (INAF) and the NUTRISS Center at Université Laval, and the Institute of Biomolecular Chemistry and the Department of Chemical Sciences and Materials Technology, at the CNR.

The research activity of UMI-MicroMeNu includes the: 1) characterization of transcriptomic, metabolomic and lipidomic profiles of the gut microbiome of healthy individuals (human or rodents) as compared to individuals with various pathological conditions accompanied by gut dysbiosis (i.e. obesity, gut inflammation, drug abuse, mental disorders, etc.), before and after dietary, nutraceutical or pharmacological interventions; 2) identification and pharmacological characterization of host or microbiome-derived bioactive metabolites that may be used to counteract metabolic disorders and related co-morbidities, also through nutritional approaches; and 3) chemical synthesis of the aforementioned bioactive metabolites to ensure sufficient quantities for their biological testing in vitro and in vivo.

In my presentation, I will provide examples of such studies and discuss their potential biotechnological exploitation for the development of new therapies. In particular, I will describe the chemical synthesis of new host and gut microbiota-derived bioactive molecules and show how: 1) germ free mice exhibit altered endocannabinoidome signaling in their intestine and brain; 2) treatment with a non-psychotropic cannabinoid and fish oil produces anti-inflammatory actions in a mouse model of colitis partly via gut microbiota changes; and 3) morphine withdrawal symptoms in rats can be alleviated by synthetic endocannabinoidome mediators via gut microbiota alterations.

L’apprentissage par renforcement (reinforcement learning, RL) est un domaine qui a gagné en popularité suite aux succès impressionnants des algorithmes de RL dans plusieurs jeux. Dans cette présentation, nous introduirons brièvement le problème de prise de décision séquentielle et les notions de RL. Ces concepts et leur potentiel seront illustrés à travers des applications de ces algorithmes à des problématiques concrètes liées à la santé et à l’écologie.

Je présenterai les dernières avancées sur l'utilisation de capteurs optiques pour la mesure in situ des gaz dissous. En s’appuyant sur un système d'extraction rapide de type membranaire, nous développons des capteurs in situ pour réaliser des cartographies 3D des gaz dissous (CH4, C2H6) ainsi que leur signature isotopique (13CH4). Différentes applications dans le suivi des flux de méthane des sédiments vers l'atmosphère dans l'Arctique, dans la Mer Noire mais aussi dans les lacs seront discutées. Un capteur pour la mesure in situ des isotopes de l'eau (D and 18O) pour tracer les origines des masses d'eau et comprendre les processus à l'œuvre responsables de la fonte des calottes glaciaires est en cour de développement et sera également présenté.

Combattre des virus n'est pas une mince tâche. Les bactéries ont développé des stratégies sophistiquées de défense qui leur permettent de se multiplier dans des écosystèmes riches en virus bactériens (phages). Le système CRISPR-Cas est l’un de ces mécanimes de défense. Un CRISPR est une structure génétique retrouvée dans les génomes bactériens qui consiste en de courtes séquences de nucléotides qui sont répétées, groupées, et séparées par de courtes séquences variables appelées espaceurs. Ce locus est associé à des genes cas qui codent pour des protéines qui participent au fonctionnement du système. La plupart des systèmes bactériens de type CRISPR-Cas fonctionnent en incorporant de nouveaux espaceurs dérivés de génomes de phages dans son CRISPR. Le locus CRISPR est ensuite transcrit en petits ARN qui, en recrutant une endonucléase Cas, agissent comme des complexes de surveillance qui reconnaissent et coupent des séquences d'ADN identiques lors d’infections virales subséquentes. L'exploitation de certaines parties de ce système de défense a même mené au développement de la technologie CRISPR-Cas9 qui est utilisée pour l’édition du génome de divers organismes.

Étant donné que de nouveaux espaceurs peuvent être progressivement ajoutées au CRISPR de manière polarisée, soit à une extrémité du locus, ces espaceurs représentent aussi une archive moléculaire des infections virales récentes qu’a subie et maitrisé la bactérie. La composition en espaceurs d’un CRISPR peut également être un marqueur pour différencier des souches microbiennes. Récemment*, nous avons étudié les loci CRISPR de cyanobactéries (Nostoc) isolées à partir d'échantillons récents du Haut-Arctique et d'un spécimen collecté lors de l'expédition britannique dans l'Arctique (1875-1876) et nous les avons comparées aux espèces Nostoc isolées de régions tempérées. Il y avait de nombreux espaceurs uniques dans chaque génome, suggérant des interactions distinctes entre les cyanobactéries et les virus dans l'Arctique.

* Jungblut, A.D., F. Raymond, M.B. Dion, S. Moineau, V. Mohit, G.Q.H. Nguyen, M. Deraspe, E. Francovic-Fontaine, C. Lovejoy, A.I. Culley, J. Corbeil, W.F. Vincent. 2021. Genomic diversity and CRISPR-Cas systems in the cyanobacterium Nostoc in the High Arctic. Environ. Microbiol. 2955-2968.