le Arthur Kocher Biodiversité et maladies infectieuses: Impact des activités humaines sur le cycle

322 Pages·2017·3.19 MB·French

UniversitéToulouse3PaulSabatier(UT3PaulSabatier)

ArthurKocher
le
vendredi23juin2017
Biodiversitéetmaladiesinfectieuses:Impactdesactivitéshumainessurlecycle
detransmissiondesleishmaniosesenGuyane
et discipline ou spécialité
EDSEVAB:Écologie,biodiversitéetévolution
LaboratoireEDB(UMR5174CNRS/UPS/ENFA)
JérômeMurienne
Anne-LaureBañuls
Jury:
Rapporteurs:
SergeMorandetBriceRotureau
Autresmembres:
JérômeChave,Jean-FrançoisGuéganetRenaudPiarroux
(cid:1)
REMERCIEMENTS
Ce travail de thèse a été rendu possible par l’implication, le conseil et le soutien d’un
grand nombre de personnes et d’institutions.
Je tiens à remercier chaleureusement mes directeurs de thèse, Jérôme Murienne et
Anne-Laure Bañuls. Jérôme, merci pour ta grande disponibilité et tes enseignements précieux.
Merci également pour la confiance que tu m’as accordé depuis le début et pour la relation
complice et constructive que nous avons eu. J’ai énormément appris de ces années de thèse.
Anne-Laure, merci pour tes conseils avisés et pour avoir été là quand il le fallait même à
distance.
Ce projet a été financé par le Labex CEBA, qui a également constitué un environnement
scientifique stimulant et riche en opportunités de collaborations. D’importants soutiens
apportés par le fond Inkermann (sous l’égide de la fondation de France), l’Observatoire
Homme-Milieu Oyapock (Labex DRIIHM), le projet FEDER « RESERVOIR » et le
laboratoire EDB ont permis l’extension du projet initial.
Je tiens particulièrement à remercier Jean-Charles Gantier, dont l’expertise
taxonomique et l’implication sans faille ont rendu ce projet réalisable. Merci pour nous avoir
accompagné dans nos premiers pas de « chasseurs » de phlébotomes et pour nous avoir
communiqué tes connaissances et ta passion avec la bonne humeur et l’énergie qui te
caractérisent.
Merci aux autres membres de l’ANR IAEL et du projet CEBA BIOHOPSYS, qui ont
été à l’origine de ce projet, pour leur précieuse collaboration : François Catzeflis, Romain
Girod, Pascal Gaborit et Ghislaine Prevost.
Merci à Benoit de Thoisy pour son aide indispensable dans la préparation et la
réalisation de nos missions en Guyane et pour avoir permis la continuité du projet au-delà de
cette thèse.
Merci également à Lucie Zinger, Cécile Cassan, Marine Ginouves, Pieternel
Verschuren, Pierre-Michel Forget et Agathe Chavy pour leur participation à ce travail.
Merci à tous les collègues et amis du laboratoire EDB qui ont permis la réalisation de
cette thèse dans des conditions privilégiées à tous les niveaux. Je mesure la chance que j’ai eu
de me rendre au travail avec joie pendant plus de trois ans.
Enfin, merci à ma famille et à mes amis pour m’avoir apporté leur soutien dans les
moments de doutes et de fatigue, et pour tout le reste évidemment !
1
2 (cid:1)
Préambule
PRÉAMBULE ET PRÉSENTATION
DES OBJECTIFS
Dans le contexte actuel de changements environnementaux à grande échelle, des
inquiétudes sont émises quant à la perte de services écosystémiques importants.
L’intensification des phénomènes d'émergence de maladies d’origine animale dans une
période qui connait un taux d’extinction d’espèce anormalement élevé soulève notamment des
questions sur les conséquences sanitaires du déclin de la biodiversité. Les régions abritant une
grande diversité d'organismes abritent également une grande diversité de pathogènes et sont
donc classiquement considérées comme présentant un risque infectieux important. Pourtant,
d’autres perspectives plus récentes envisagent la biodiversité comme un facteur de régulation
des maladies.
Selon l’hypothèse de l’« effet de dilution », les écosystèmes les plus riches en espèces
sont également les moins propices à la circulation des agents infectieux du fait de la présence
d'hôtes non compétents constituant des impasses épidémiologiques. Si des travaux
mathématiques et expérimentaux ont permis d'affirmer la validité théorique de ce mécanisme,
la question de son importance effective en conditions naturelles reste controversée. Les études
existantes se sont focalisées sur un nombre restreint de modèles emblématiques, et se basent
souvent sur des preuves indirectes qui permettent difficilement la validation des processus
sous-jacents. Ce débat scientifique souffre donc encore d'un manque d'éléments empiriques
sur lesquels s’appuyer. Par ailleurs, la démonstration de la généralité du phénomène nécessite
l’adoption d’approches multi-pathogènes qui sont encore trop rares. Il faut dire que la
réalisation de telles études éco-épidémiologiques nécessite la collecte de données
particulièrement difficiles à obtenir sur la prévalence des agents infectieux et la diversité des
hôtes.
Les leishmanioses sont un ensemble de maladies causées par des parasites protozoaires
du genre Leishmania, et transmises à l'homme ainsi qu'à d'autres mammifères par la piqure de
petits diptères hématophages, les phlébotomes (Psychodidae : Phlebotominae). Elles se
manifestent par différentes formes cliniques, provoquant des symptômes cutanés ou
viscéraux. Les leishmanioses sont distribuées très largement dans les zones intertropicales et
tempérées, et responsables de plus d'un million de cas chaque année. Sur le continent
américain, la plupart des leishmanioses sont caractérisées par un cycle de transmission
sylvatique impliquant différentes espèces de phlébotomes vecteurs et d'hôtes mammifères
(cid:1) 3
Préambule
sauvages. Bien qu'elles soient régulièrement qualifiées de maladies ré-émergentes, du fait de
modifications environnementales telles que la déforestation, l'effet des perturbations d’origine
humaine sur leur cycle de transmission n'a jamais été étudié sous l'angle de l'effet de dilution.
L'objectif principal de ce travail de thèse est de tester l'hypothèse de l'effet de dilution
sur le cycle de transmission des leishmanioses cutanées zoonotiques en Guyane française. Les
leishmanioses constituent un modèle d'étude multi-pathogènes, multi-vecteurs et multi-hôtes
d'autant plus judicieux qu'elles représentent un enjeu sanitaire important. La Guyane
française, couverte en grande majorité par un bloc continu de foret primaire, bénéficie encore
aujourd'hui d’un statut de conservation favorable. Toutefois, la forte pression démographique
et la recrudescence d'activités minières illégales que connait la région représentent une
menace pour la biodiversité dans certaines zones. Ce territoire constitue l'un des rares
"laboratoires naturels" existant pour étudier l'impact des activités humaines sur des
écosystèmes relativement préservés.
Ce travail de thèse est constitué du développement d’outils moléculaires pour la levée
de verrous méthodologiques existants, et de leur application à une étude écologique
préliminaire. Il est présenté en quatre chapitres contenant des articles scientifiques publiés ou
en cours de préparation.
L'établissement d'un cadre phylogénétique fiable constitue un socle important pour la
compréhension des phénomènes écologiques. Dans le premier chapitre, nous employons la
méthode de genome skimming afin de générer des données génomiques pour les phlébotomes
du Nouveau Monde et d’apporter une contribution à la connaissance de leur histoire
évolutive.
Dans le cas d’une maladie vectorielle comme la leishmaniose, il est nécessaire de
connaitre la sensibilité des vecteurs hématophages à la disponibilité d’hôtes vertébrés dans le
milieu pour envisager les conséquences globales d’un déclin de biodiversité. Dans le second
chapitre, nous validons l’application du metabarcoding pour l’identification groupée de
phlébotomes, permettant un gain d’efficacité considérable par rapport aux approches
classiques. Nous employons ensuite la méthode pour étudier l’effet de modifications de la
faune de vertébrés sur les communautés de phlébotomes.
La caractérisation de la diversité d’hôtes est indispensable à l’étude de l’effet de
dilution. Dans le cas des vertébrés, celle-ci nécessite le déploiement de méthodes
observationnelles contraignantes. Dans le troisième chapitre, nous évaluons la fiabilité d’un
court marqueur mitochondrial pour l’identification taxonomique de mammifères par
metabarcoding, et constituons une base de référence moléculaire quasiment exhaustive pour
4 (cid:1)
Préambule
les espèces présentes en Guyane. Nous employons ce marqueur pour l’analyse de repas
sanguins de phlébotomes et de moustiques, et évaluons l’utilité de cette approche pour décrire
les communautés de vertébrés sur les sites d’échantillonnage.
Dans le quatrième chapitre, nous développons une méthode d’identification des
Leishmania spp. basée sur le séquençage haut-débit de fragments de minicercles
kinétoplastiques amplifiés par PCR. La technique permet de combiner une capacité de
détection élevée et une bonne fiabilité taxonomique. Nous employons la méthode pour
estimer la prévalence de différentes espèces de Leishmania dans des phlébotomes collectés le
long d’un gradient d’anthropisation dans la région de Saint-Georges de l’Oyapock. Les
résultats sont mis en relation avec la caractérisation des communautés de phlébotomes et
l’analyse de leurs repas sanguins sur les mêmes sites. Cette étude constitue une première
exploration descriptive de l’effet de dilution sur les leishmanioses zoonotiques avant
l’application du protocole à un échantillonnage plus large.
Ces quatre chapitres sont précédés d'une introduction générale. Nous commençons par
présenter le cadre scientifique et socio-environnemental dans lequel s'inscrit notre travail. En
particulier, nous proposons une revue de la recherche existante sur l'effet de dilution. Nous
tentons ensuite de synthétiser des connaissances générales nécessaires à l'appréhension du
modèle d'étude avant d'aborder plus précisément les aspects éco-épidémiologiques des
leishmanioses en relation avec la question de thèse.
Le manuscrit s'achève sur une discussion générale dans laquelle nous résumons et
discutons les résultats obtenus dans leur ensemble.
Note à propos de l’échantillonnage : Ce projet de thèse, dans sa forme initiale, devait
s’appuyer sur la collecte d’un grand nombre de phlébotomes réalisée dans le cadre de l’ANR
IAEL en 2007 et 2008. Ces échantillons ont pu être exploité en partie dans la phase de
développement méthodologique, mais la majorité des résultats de biologie moléculaire
obtenus ont constitué un échec, possiblement du fait de leur conservation trop longue. Cette
constatation nous a conduits à mener deux missions de collecte sur le terrain, de façon tardive,
dans les régions de Saint-Georges et d’Iracoubo (Counami). Les échantillons récoltés lors des
ces missions ont permis l’obtention de bien meilleurs résultats, qui sont présentés le long de
cette thèse. Ceci rappelle l’importance de travailler sur du matériel biologique de bonne
qualité, même lorsque des outils puissants sont employés, et explique le nombre relativement
restreint de données disponibles pour notre étude écologique. Il est à noter que les
échantillons de Counami n’ont pas été exploités pour les deux derniers volets de la thèse. Du
fait de la faible abondance des phlébotomes dans cette localité, près de dix fois moins
(cid:1) 5
Préambule
d’individus y ont été collectés qu’à Saint-Georges. Si cet échantillonnage à permis de
caractériser les communautés de phlébotomes sur les sites (Chapitre 2), le très faible nombre
de spécimens gorgés de sang et la quasi absence de Leishmania détectées n’ont pas permis de
tirer de conclusions sur le cycle de transmission des parasites dans cette localité.

6 (cid:1)
Sommaire
SOMMAIRE
REMERCIEMENTS ............................................................................................................................. 1
PRÉAMBULE ET PRÉSENTATION DES OBJECTIFS ................................................................. 3
SOMMAIRE ........................................................................................................................................... 7
INTRODUCTION GENERALE ........................................................................................................ 11
1. MALADIES ÉMERGENTES DANS UN CONTEXTE DE CHANGEMENTS GLOBAUX ......................... 13
A. Le phénomène d’émergence de maladies .............................................................................. 13
B. Les facteurs anthropogéniques d’émergence de maladies ..................................................... 16
2. LA BIODIVERSITÉ RÉGULATRICE DE MALADIES: HYPOTHÈSE DE L’EFFET DE DILUTION ....... 21
A. Développement du concept et premiers éléments empiriques: le cas de la maladie de Lyme ..
............................................................................................................................................... 21
B. Généralisation ........................................................................................................................ 23
C. Approfondissement théorique: perspectives écologiques et évolutives ................................ 28
D. Effet de dilution et maladies vectorielles: rôle du compartiment vecteur ............................. 33
3. LES LEISHMANIOSES: ASPECTS CLINIQUES ET BIOLOGIQUES ................................................... 39
A. Généralités ............................................................................................................................. 39
B. Cycle parasitaire, physiopathologie et formes cliniques ....................................................... 39
C. Prévention, diagnostic et traitement ...................................................................................... 44
4. LES LEISHMANIA ........................................................................................................................... 47
A. Aspects morphologiques et génomiques ............................................................................... 47
B. Aspects taxonomiques et identification ................................................................................. 49
5. LES PHLÉBOTOMES ...................................................................................................................... 53
A. Biologie ................................................................................................................................. 53
B. Capacités vectorielles et préférences trophiques ................................................................... 54
C. Classification et identification ............................................................................................... 56
6. ÉCO-ÉPIDEMIOLOGIE DES LEISHMANIOSES ............................................................................... 59
A. Systèmes épidémiologiques ................................................................................................... 59
B. Les leishmanioses en Guyane ................................................................................................ 65
C. Impact des activités humaines ............................................................................................... 70
D. Leishmanioses et effet de dilution ......................................................................................... 72
RÉFÉRENCES ..................................................................................................................................... 75(cid:1)
(cid:1) 7
Sommaire(cid:1)
CHAPITRE 1: CONTRIBUTION A LA CONNAISSANCE DE L'HISTOIRE ÉVOLUTIVE
DES PHLÉBOTOMES: UTILISATION DE L'APPROCHE DE GENOME SKIMMING .......... 91
Article 1: Shotgun assembly of the assassin bug Brontostoma colossus mitochondrial genome
(Heteroptera, Reduviidae) ................................................................................................................. 95
Article 2: Complete mitochondrial genome of Lutzomyia (Nyssomyia) umbratilis, the main vector
of Leishmania guyanensis ............................................................................................................... 127
Article 3: Phylogenomics of New World sand flies (Diptera, Psychodidae) using a genome
skimming approach .......................................................................................................................... 135
CHAPITRE 2: LES COMMUNAUTÉS DE PHLÉBOTOMES FACE AUX MODIFICATIONS
DE LA FAUNE DE VERTÉBRÉS ................................................................................................... 157
Article 1: Vector soup: high-throughput identification of neotropical phlebotomine sand flies using
metabarcoding ................................................................................................................................. 161
Preliminary results: Modification of sand fly communities in vertebrate-depleted habitats. ....... 197
CHAPITRE 3: LES REPAS SANGUINS DE PHLÉBOTOMES: FENÊTRE SUR LA
DIVERSITÉ DE VERTÉBRÉS ........................................................................................................ 213
Article 1: Evaluation of short mitochondrial metabarcodes for the identification of Amazonian
mammals .......................................................................................................................................... 217
Article 2: iDNA screening: disease vectors as vertebrate samplers ............................................... 247
CHAPITRE 4: LEISHMANIOSES ET BIODIVERSITÉ : EXPLORATION DE L’EFFET DE
DILUTION ......................................................................................................................................... 271
Article 1: Ultra-sensitive identification of Neotropical Leishmania spp. based on high-throughput
sequencing of kinetoplast minicircle amplicons .............................................................................. 275
Preliminary results: Testing the dilution effect hypothesis for zoonotic cutaneous leishmaniases
......................................................................................................................................................... 299
DISCUSSION GÉNÉRALE .............................................................................................................. 313

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