The study of early life microbiota manipulation in chickens

Au cours des 60 dernières années, la consommation de poulet par habitant n’a cessé d’augmenter. Parallèlement, les contraintes réglementaires croissantes et les préoccupations accrues en matière du bien-être animal ont accentué la pression sur les systèmes de production avicole. Le microbiote gastro-intestinal du poulet joue un rôle essentiel dans la santé animale et l’efficacité alimentaire, mais notre compréhension de sa composition et des meilleures stratégies pour le manipuler au bénéfice des animaux et des producteurs reste limitée. Ce projet de recherche visait à approfondir les connaissances sur la colonisation intestinale et la manipulation des nouvelles bactéries chez les poussins nouvellement éclos, identifier des souches candidates prometteuses, et cultiver certaines d’entre elles en vue d’une utilisation potentielle comme probiotiques chez les poulets. Dans la première étude, 244 poussins d’un jour ont été répartis en quatre groupes de traitement. Chaque groupe a reçu soit une solution saline, soit du contenu cæcal provenant de poules pondeuses élevées biologiquement, soit du contenu cæcal provenant de poulets de chair élevés en système conventionnel, soit un contenu cæcal stérilisé provenant de poules pondeuses biologiques. Les poussins inoculés avec le contenu cæcal provenant de donneurs biologiques ou conventionnels ont développé une « membership » et un « structure » distinctes tout au long de l’essai de 42 jours, indiquant le succès d’une colonisation longue durée des cæca. L’inoculation avec le contenu cæcal de poules biologiques a été associée à une diversité microbienne plus élevée. Cependant, seulement de très légères différences ont été observées dans l’expression des gènes codant pour des cytokines immunitaires (IL-4, IL-6, IL-10 et IL-12) dans les amygdales cæcales, ainsi que dans les niveaux sériques d’IL-1β, IL-6, and IL-8. Dans la deuxième étude, le séquençage complet du gène de l’ARNr 16S et trois méthodes bio-informatiques ont été utilisées pour analyser la composition du microbiote cæcal des poussins de la première étude, et comparé aux résultats obtenus avec le séquençage seule de la région hypervariable V4. Le séquençage du gène de l’ARNr 16S a permis une caractérisation du microbiote avec une meilleure résolution taxonomique. Toutefois, chaque méthode a introduit ses propres biais selon les choix méthodologiques de clustering et la base de données utilisée. Pour la troisième étude, une phase d’isolement sélectif a été réalisée à l’aide de 14 bouillons d’enrichissement et 14 milieux de culture sélectifs pour isoler des espèces bactériennes spécifiques à partir du contenu cæcal de poules d’élevage biologique. Parmi les souches initialement isolées, 11 ont été sélectionnées selon leurs caractéristiques probiotiques potentielles. Huit de ces souches ont pu être réactivées et cultivées avec succès. Elles ont été administrées par voie orale aux poussins dès l’éclosion. Huit jours après l’administration, une quantification absolue par qPCR a révélé que six des huit souches étaient significativement plus abondantes chez les poussins traités que chez les témoins, indiquant une colonisation précoce réussie des cæca. Ces résultats démontrent que l’administration précoce de bactéries vivantes au moment de l’éclosion peut entraîner une colonisation durable des cæca chez les poussins. Ces études apportent également de nouvelles connaissances sur la composition du microbiote intestinal du poulet, l’impact des méthodes de séquençage et des analyses bio-informatiques, et proposent un ensemble de futures souches bactériennes adaptées localement pour un développement probiotique futur. Des recherches complémentaires devraient se concentrer sur le séquençage du génome entier des souches sélectionnées afin d’évaluer leur innocuité, notamment la résistance aux antimicrobiens et les gènes de virulence, d’examiner leurs effets sur la santé et la performance des oiseaux, et d’optimiser les conditions de culture à grande échelle et d’administration en élevage.

Over the past 60 years, per capita chicken consumption has consistently increased. At the same time, growing regulatory constraints and rising concerns over animal welfare have added pressure on poultry production systems. The gastrointestinal microbiota of chickens plays a crucial role in both animal health and feed efficiency. Yet, our understanding of its composition and the best strategies to manipulate it for the benefit of animals and producers remains limited. This research program aimed to deepen the knowledge of intestinal microbial colonization and microbiota manipulation in poultry. To achieve this, we developed a practical protocol for introducing novel bacteria to newly hatched chicks, identified bacterial species originating from organic chickens, and cultured selected strains with high colonization capacity for potential use as probiotics in chickens. In the first experiment, 244-day-old chicks were assigned to four treatment groups. Each group received a saline solution, caecal contents from organically raised laying hens, caecal content from conventionally raised broilers, or sterilized caecal content from organic laying hens. Chicks inoculated with caecal content from both organic or conventional donors developed distinct membership and structure throughout the 42-day trial, indicating successful long-term colonization of the caeca. Inoculation with caecal content from organic hens was associated with higher microbial diversity. Moreover, a few differences were observed in the expression of immune-related cytokine genes (interleukin (IL)-4, IL-6, IL-10, and IL-12) in the caecal tonsils, as well as in serum levels of IL-1β, IL-6, and IL-8. In the second study, full-length 16S rRNA gene sequencing combined with three bioinformatics methods was used to analyze the caecal microbiota composition of the chicks from the first study and compare it with the results obtained by sequencing only the V4 hypervariable region. Full-length 16S rRNA sequencing permitted a higher-resolution characterization of the microbiota than sequencing of the V4 hypervariable region alone. However, each method introduced its own biases depending on the clustering methodology and database used. Following this, selective culturing was conducted using 14 different enrichment broths and 14 selective media to isolate specific bacterial species from the caecal content of organic hens. From the initial isolates, 11 strains were selected based on probiotic potential characteristics. Of these, eight were successfully reactivated and cultured. These eight strains were administered orally to chicks at hatch. Eight days after administration, absolute quantification by qPCR revealed that six of the eight strains were statistically more abundant in the respective treatment groups than in the controls, indicating early colonization of the caeca. Together, these findings demonstrated that early administration of live bacteria at hatch can lead to long-term colonization of chicks’ caeca. The studies also provide new insights into the composition of chicken intestinal microbiota, the impact of sequencing methodology and bioinformatic analysis, and offer a set of locally adapted bacterial strains for future probiotic development. Further studies should focus on whole-genome sequencing of selected strains to assess their safety profiles, including antimicrobial resistance and virulence genes, evaluate their impact on bird health and performance, and optimize conditions for large-scale culture and animal administration.