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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
N° d'ordre : 2502 THÈSE présentée pour obtenir LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE École doctorale : SEVAB Spécialité : QUALITÉ ET SÉCURITÉ DES ALIMENTS Par Jean-Philippe MARDEN CONTRIBUTION A L'ÉTUDE DU MODE D'ACTION DE LA LEVURE Saccharomyces cerevisiae Sc 47 CHEZ LE RUMINANT : APPROCHE THERMODYNAMIQUE CHEZ LA VACHE LAITIÈRE Soutenue le 13 juillet 2007 devant le jury composé de : MM. PEYRAUD Jean-Louis Président SAUVANT Daniel Rapporteur NEWBOLD Charles James Rapporteur AUCLAIR Eric Examinateur Mlle BAYOURTHE Corine Examinateur MONCOULON Raymond Examinateur

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  • orientation scientifique

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  • potentiel redox chez la vache laitière


Publié le : dimanche 1 juillet 2007
Lecture(s) : 41
Source : ethesis.inp-toulouse.fr
Nombre de pages : 232
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Rapporteur
Examinateur
Président
MM.PEYRAUDJeanLouis
ParJeanPhilippe MARDEN
BAYOURTHECorine
AUCLAIREric
présentée pour obtenir
THÈSE
CONTRIBUTION A L'ÉTUDE DU MODE D'ACTION DE LA LEVURESaccharomyces cerevisiaeSc 47 CHEZ LE RUMINANT : APPROCHE THERMODYNAMIQUE CHEZ LA VACHE LAITIÈRE
N° d’ordre : 2502
Soutenue le 13 juillet 2007 devant le jury composé de :
LE TITRE DE DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE École doctorale :SEVAB
NEWBOLDCharles James
Spécialité :QUALITÉ ET SÉCURITÉ DES ALIMENTS
Mlle
Examinateur
Examinateur
SAUVANTDaniel
MONCOULONRaymond
Rapporteur
CONTRIBUTION A L'ÉTUDE DU MODE D'ACTION DE LA LEVURESaccharomyces cerevisiaeSc 47 CHEZ LE RUMINANT : APPROCHE THERMODYNAMIQUE CHEZ LA VACHE LAITIÈRE
JeanPhilippe MARDEN
Travail réalisé à l’École Nationale Supérieure Agronomique de Toulouse
Sous la responsabilité scientifique conjointe de C. Bayourthe et de R. Moncoulon Equipe “Nutrition Ecosystème Digestion” Au sein de l’Unité Mixte de Recherche INRAENSATENVTTANDEM
En partenariat avec Lesaffre Feed Additives, MarquetteLezLille, France
A ma famille
REMERCIEMENTSAvant d’exposer mon travail, je tiens à remercier chaleureusement Monsieur Raymond Moncoulon à qui je dois l’orientation scientifique de cette thèse. Sa grande disponibilité, ses capacités d’écoute ont grandement contribué à mener à terme cette thèse. J’ai été très touché par ses mots d’encouragements qui durant toute la durée de la thèse m’ont motivé et rassuré. A Mademoiselle Corine Bayourthe pour son encadrement et ses qualités scientifiques et pédagogiques qui m’ont poussé à mieux structurer ma pensée. Elle s’est également attachée à m’assurer d’excellentes conditions matérielles au sein du laboratoire qui m’ont permis de travailler dans un environnement favorable. Je suis très reconnaissant envers la Société Lesaffre Feed Additives qui a assuré le financement de cette thèse, et je remercie particulièrement son directeur Monsieur David Kalkhoven ainsi que son directeur R&D Monsieur Eric Auclair. Je remercie le Professeur Jamie Newbold de l’Université d’Aberystwyth du Pays de Galles et le Professeur Daniel Sauvant de l’INA de Paris, de m’avoir fait l’honneur d’être rapporteurs de cette thèse. Merci à Monsieur Jean-Louis Peyraud de l’INRA de Rennes pour sa participation dans mon travail et d’avoir accepté de participer à ce jury. J’adresse également mes remerciements à toute l’équipe de l’UMR TANDEM et du Domaine de Borret, qui ont touché de près ou de loin à ce travail. Je leur suis très reconnaissant de la confiance qu’ils m’ont témoignée en m’accueillant au sein du laboratoire et de l’opportunité qu’ils m’ont offerte de me former à la recherche. A L’ensemble de mes collègues, collaborateurs (stagiaires) et amis pour leur gentillesse, leur serviabilité et leur important appui dans les moments difficiles. Enfin, je ne remercierai jamais assez les gens de ma petite île, mes parents, mon frère, chop, ainsi que toutes les personnes que j’ai laissé pendant ces trois années. Un grand merci pour votre soutien de tous les jours malgré la distance.
LISTE DES ARTICLES, COMMUNICATIONS ET POSTERS
TROEGELER A., J. P. MARDEN, C. BAYOURTHE, R. MONCOULON, F. ENJALBERT (2006). Effects of live yeast on the fatty acids biohydrogenation by th ruminal bacteria.In: 5 Biennial Meeting Gut Microbiology Symposium, Research to Improve Health, Immune Response and Nutrition, Aberdeen, Scotland. (Poster)
MARDEN J. P., C. BAYOURTHE, F. ENJALBERT, R. MONCOULON (2005).A new device for measuring kinetics of ruminal pH and redox potential in dairy cow. Journal of Dairy Science 88: 277281. (Article)
MARDEN J. P. and C. BAYOURTHE (2005).Live Yeastruminal oxygen scavenger and pH stabiliser. FEED MIX. Vol 13 (5): 26. (Article)
MARDEN J. P. (2005).Probiotics for ruminants: Action, effects.In: 3rd Probiotics & th Prebiotics New Foods organised by the European Probiotic Association, 6 September. Università Urbaniana, Rome, Italy. (Communication)
MARDEN J. P. (2005).of Action of the live yeast BIOSAF Sc 47, a feed Mode additive for ruminants.In: Lesaffre Symposium organised by Lesaffre Feed Additives, th 7 September. Università Urbaniana, Rome, Italy. (Communication)
MARDEN J. P. (2005).du BIOSAF  Effet sur le pH ruminal et le potentiel redox chez la vache laitière. Elu Lauréat du “Prix Jules Tournut” par l’Association Européenne de Probiotiques, Italie. (Communication)
 Sommaire
SOMMAIRE
Remerciements Liste des articles, communications et posters
INTRODUCTION GÉNÉRALE
ère 1 PARTIE : SYNTHÈSE BIBLIOGRAPHIQUE Chapitre 1 :Particularités Digestives Chez le Ruminant :Un RappelChapitre 2 :La levure probiotiqueSaccharomyces cerevisiaechez le ruminant Chapitre 3 :L’approche thermodynamique
ème 2 PARTIE : MÉTHODOLOGIE Chapitre 1 :Matériel et méthodes
Chapitre 2 :Validation d’une méthode de prélèvements et de mesures“ex vivo”
1
4 18 39
55
62
ème 3 PARTIE : MODÈLE “VACHE TARIE” Chapitre 1 :Effet d’un apport de levure probiotique sur le pH ruminal chez la vache tarie 71 Chapitre 2 :L’effet d’un apport d’oxygène sur la microflore ruminale en présence ou non de levures86
ème 4 PARTIE : MODÈLE “VACHE EN LACTATION”
Chapitre 1 :Effet de deux niveaux d’apport de la levureS. cerevisiaeSc 47 chez la vache en production100 Chapitre 2 : Comparaison entre 3 souches de levures probiotiques chez la vache en lactation118 Chapitre 3 :d’un apport de levure et de substance tampon chez la vache en Effets production129
DISCUSSION GÉNÉRALE, CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
RÉFÉRENCES ANNEXES
Liste des Abréviations Liste des Figures & Tableaux Résumé & Abstract Table des matières
145
157
176
183 184 188 190
« La vie n’est induite que par des électrons, de l’énergie dissipée à la suite de leur excitation photonique, lors du retour au niveau d’énergie basal. Un électron en mouvement est comme un petit courant. Ainsi le moteur de la vie est un petit courant électrique, généré et maintenu par le soleil. Toutes les complexités du métabolisme intermédiaire ne sont que des fioritures autour de ce fait élémentaire. » – ALBERTSSZENT-GYÖRGYI
INTRODUCTION
 Introduction
La levureSaccharomyces cerevisiae, depuis longtemps utilisée empiriquement par des éleveurs désireux de valoriser leurs résidus de brasserie, a été remarquée pour son effet bénéfique sur les fonctions digestives des animaux. Reconnue comme probiotique et alternative aux antibiotiques facteurs de croissance depuis plus d’une dizaine d’années, la levure et son emploi sont crédibilisés dans les systèmes de production modernes au vu du nombre important de travaux qui leur est consacré. L’apport de levure s dans le régime alimentaire chez le ruminant domestique, a mis en évidence des e ffets variables sur les performances zootechniques. L’effet levure se traduit chez le bovin de boucherie par une augmentation du poids vif (Mutsvangwaet al.,1992 ; Mir and Mir, 1994) et chez la vache laitière par une augmentation de la production et du taux butyreux du l ait (Pivaet al., 1993 ; AliHaimoud Lekhal, 1999) alors que l’effet levure est absent dans certaines études (Arambel and Kent, 1990 ; Swartzet al.,1994). La levure est généralement commercialisée sous la forme revivifiable caractérisée par un taux élevé de cellules vivantes ou comme culture de levures, composée du milieu de fermentation avec un nombre limité en levures vivantes (Lynch and M artin, 2002). Bien que la plupart des étudesin vitro etin vivo se soient principalement focalisées sur les cultures de levures (Martin and Nisbet, 1992 ; Girard and Dawson, 1994), l’utilisation des additifs à base de levures actives connaît actuellement un regain d’intérêt depuis ces dernières années. Les travaux récents relatifs à l’effet deS. cerevisiaeintégré la biologie, la ont chimie et la microbiologie pour préciser les cibles (espèces microbiennes) à atteindre par l’additif. L’état actuel des recherches et les résultats obtenus, ont conduit les spécialistes (Newboldet al.,1996 ; Koulet al.,1998 ; Fonty et DurandChaucheyras, 2006) à suggérer que la stabilisation du pH ruminal est l’effet principal de la levure probiotique. Plusieurs hypothèses ont été émises pour comprendre le mode d’action de la levure dans le rumen mais elles n’autorisent pas à tirer de conclusions claires. Certains auteurs suggèrent un effet de compétition entre la levure et les bactéries utilisatrices de lactate alors que d’autres voient la levure comme un réservoir de métabolites responsables d’une activité accrue des bactéries utilisatrices de lactate. Dans les deux cas, la levure provoquerait une diminution de la teneur en lactate responsable de la stabilisation du pH ruminal. En revanche pour Newboldet al.(1993), l’effet de la levure résiderait principalement dans la captation de l’oxygène qui entre dans le rumen par le biais de l’alimentation. Cet oxygène toxique diminuerait l’anaérobiose du milieu inhibant ainsi l’activité des bactéries anaérobies strictes. La présence de levures dans le milieu ruminal impliquerait une utilisation de l’O2
 1 
 Introduction
permettant une stimulation d’une part de l’activité des bactéri es utilisatrices de lactate évitant une accumulation de lactate et d’autre part de l’activité des bactéries cellulolytiques favorisant une meilleure utilisation digestive de la ration grâce à un milieu ruminal plus réducteur. En raison du bas niveau de l’O2 dans le rumen qui est indétectable avec les sondes les plus performantes, nous avons utilisé les notions de la the rmodynamique afin d’exprimer les valeurs de la pression partielle en O2 (PO2) du rumen par le biais de la relation de Nernst en intégrant les valeurs de pH et de potentiel redox. Les données obtenues sont traduites en unité logarithmique et montrent d’infimes teneurs ruminales en O2ne significationun état réducteur du rumen. Bien qu’elles aient u  caractérisant mathématique, les valeurs calculées de log (PO2) restent néanmoins difficiles à interpréter
sur un plan biologique. Le travail présenté dans ce mémoire a été réalisé au sei n de l’UMR INRA/ENSAT/ENVT TANDEM dans l’équipe Nutrition et Ecosystème Digestif (NED), dans le cadre d’une des thématiques abordées par cette équipe à sa voir l’étude “des facteurs de modulation de l’écosystème digestif microbien”. Il s’insère dans un programme de recherches portant sur l’étude de l’impact de flores exogènes sur la stabilité des écosystèmes digestifs et avait comme principal objectif de comprendre, chez la vache laitière, le mode d’action d’un probiotiquei.e.Saccharomyces cerevisiaepar le biais de la thermodynamique. Ce travail a été conduit en partenariat avec la société Lesaffre, leader mondial dans la production de levures, qui a développé un concentré therm ostable de levures revivifiables. Sélectionnée et produite par Lesaffre Feed Additives (LFA), cette ® souche de levure, commercialisée sous le nom de BIOSAF , est destinée à l’alimentation des monogastriques (porcelets, truies, lapins) et des ruminants (bovin viande, jeune bovin, vache laitière, ovin, caprin) et les chevaux. Ce manuscrit se divise en quatre grandes parties : ritésla première est une synthèse bibliographique rappelant les particula digestives du ruminant mais centrée sur les effets de la levure probiotique chez ces animaux et sur l’approche thermodynamique des fermentations ruminales. la deuxième, d’ordre méthodologique, met surtout en évidence la mise au point et la validation d’une méthode “ex vivo”, indispensable pour les mesures en continu de deux paramètres physicochimiques du rumen, le pH et le potentiel redox,
 2 
 Introduction
la troisième rapporte les essais relatifs à une supplémentation en levures et à un apport d’oxygène, conduits selon un modèle “vache tarie”, enfin, la dernière partie est consacrée à l’étude des effet s, 1) de deux ® niveaux d’apport de BIOSAF et 2) de différentes souches de levures probiotiques selon un modèle “vache en lactation”. La comparaison entre ® BIOSAF et une substance tampon a aussi été abordée au cours d’un dernier essai.
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