M2 - Modéliser le rôle de la diversité des communautés d’hôtes aquatiques sur l’émergence et la transmission de souches de pathogènes : le cas de l’ulcère de Buruli en Guyane française

Type de poste
Niveau d'étude minimal
Dates
Durée du poste
Contrat renouvelable
Contrat non renouvelable
Date de prise de fonction
Date de fin de validité de l'annonce
Localisation
Nom de la structure d'accueil
Adresse

Place Eugène Bataillon
34095 Montpellier
France

Contacts
Marine Combe
Benjamin Roche
Rodolphe Gozlan
Email du/des contacts
marine.combe@ird.fr
benjamin.roche@ird.fr
rudy.gozlan@ird.fr
Description

Contexte scientifique:
Entre 1940 et 2004, plus de 330 maladies émergentes ont été identifiées chez l’homme à travers le monde dont 177 représentent de nouveaux agents infectieux reconnus par la science. De façon similaire, d’autres maladies infectieuses émergentes sont aussi apparues dans les milieux naturels ainsi que dans la production animale et les plantations. Nous savons à présent que les facteurs socio-économiques et environnementaux qui augmentent les contacts entre l’homme et de nouveaux pathogènes, tel que la déforestation, l’agriculture, l’aquaculture ou encore les introductions d’espèces favorisent l’émergence ou la ré-émergence de nombreux agents infectieux. En fait, plus de la moitié des maladies animales qui sont apparues chez l’homme depuis 1940 proviennent des changements de l’utilisation des terres dus à l’agriculture ou à d’autres types de production alimentaire, ou bien de la chasse ou de la pêche. Ces activités humaines augmentent les fréquences de contacts entre l’homme et l’animal, mais aussi changent considérablement l’équilibre de la biodiversité, qui peut être un facteur critique soutenant l’émergence des pathogènes des milieux naturels vers ceux domestiqués. L’émergence récente de la pandémie de COVID-19 causée par le SARS-CoV-2 est un exemple concret mettant en lumière les innombrables conséquences des activités humaines sur la stabilité d’une société mondiale complexe et interconnectée.
Parmi les 250 maladies infectieuses émergentes (MIE) affectant l’humain la plupart sont directement associées à des régions de forêt tropicale, qui de part leur biodiversité et conditions climatiques représentent des réservoirs d’agents infectieux. Leur émergence est étroitement liée à de rapides changements socio-économiques et environnementaux (i.e. déforestation, agriculture, aquaculture, etc.) locaux mais aussi globaux, résultant non seulement d’une profonde altération de la biodiversité mais aussi de modifications des interactions pathogène-vecteur-hôte. Aussi, un aspect majeur sous-jacent au potentiel d’émergence et de transmission de ces pathogènes zoonotiques repose sur leur virulence, et donc sur la disponibilité d’une grande diversité de variants génétiques (aussi appelés souches) permettant leur sélection et leur adaptation à de nouveaux environnements.
Alors que la plupart des études sur les MIE considèrent uniquement une seule espèce hôte, les pathogènes multi-hôtes naturellement présents dans l’environnement sont largement négligés. Plus de 60% des MIE zoonotiques sont caractérisées par des dynamiques de transmission multi-hôtes, tel que ces pathogènes généralistes (i.e. infectent et se reproduisent dans plusieurs espèces d’hôtes) sont distribués dans l’écosystème au travers d’une diversité d’hôtes. Cette diversité d’hôtes, aussi appelée communauté d’hôtes, est très dépendante du contexte local comme l’anthropisation d’un milieu mais aussi de contextes plus globaux comme les changements climatiques. Certains hôtes ont un rôle de réservoir, assurant le maintien des pathogènes dans l’environnement, alors que l’infection de nouvelles espèces d’hôtes, non-réservoirs, entrainera des épidémies focalisées. Il a été montré que certains hôtes spécifiques, selon leur localisation dans le réseau trophique et donc dans l’écosystème, pourraient représenter des espèces d’hôtes clé dans la transmission d’agents infectieux.
Outre le rôle de certains hôtes dans la transmission de pathogènes généralistes via le réseau trophique, il a été récemment suggéré que certains hôtes sont également essentiels au maintien de la diversité des pathogènes dans l’environnement. Nous pouvons donc supposer que certaines souches (par exemple les souches dites infectieuses qui ont le potentiel de causer une maladie chez l’animal et/ou l’homme versus les souches dites non-infectieuses qui n’engendrent pas de maladie) soient préférentiellement associées à certaines espèces d’hôtes facilitant leur réplication et/ou leur transmission. Pour autant, cette hypothèse reste largement inexplorée.
Modèle d’étude: L’ulcère de Buruli (UB) est une maladie infectieuse tropicale largement négligée qui touche les populations humaines de plus de 34 pays de la zone tropicale et inter-tropicale. L’UB est causée par une mycobactérie (Mycobacterium ulcerans) du genre des Actinobactéries qui comprend des pathogènes connus pour causer de sérieuses maladies dans les populations humaines, telles que la tuberculose (M. tuberculosis) et la lèpre (M. leprae). La niche écologique de M. ulcerans se trouve au sein des écosystèmes aquatiques d’eau douce, et en tant que généraliste il se retrouve associé à l’ensemble du réseau trophique aquatique (voir Combe et al. 2017). Pour autant, le rôle des communautés aquatiques d’invertébrés et de macro-invertébrés sur l’écologie et la transmission de souches/variants de M. ulcerans reste largement indéterminé.

Objectif du stage :
L’objectif du stage est de déterminer le rôle des communautés aquatiques d’invertébrés et de macro-invertébrés sur la distribution des souches de M. ulcerans et sur l’émergence de l’UB chez les populations humaines. Pour cela, l’étudiant(e) devra modéliser la niche environnementale des différentes souches de M. ulcerans afin d’évaluer le rôle de la diversité des communautés d’hôtes sur le risque d’émergence et de transmission de la maladie.

Méthodologie utilisée :
Une approche mécaniste sera développée afin d’estimer l’influence de la structure des communautés d’hôtes sur la diversité des souches de M. ulcerans. Un modèle multi-hôtes existants (SEIR) sera adapté à un contexte multi-souches (voir Roche et al. 2013). Les réseaux de transmission seront estimés pour différents sites aquatiques afin de reproduire les dynamiques de la diversité de M. ulcerans observées au sein d’un même site. En comparant ces réseaux de transmission théoriques avec les interactions trophiques identifiées par des analyses d’isotopes stables, nous pourrons définir les mécanismes de transmission les plus plausibles au sein des communautés d’hôtes. Si le modèle théorique ne nous permet pas de reproduire les dynamiques de diversité des souches observées, nous rajouterons une dimension spatiale qui mimera la dispersion entre les différents sites et nous évaluerons l’effet de ce processus dans les dynamiques de diversité des souches. Nous mettrons en évidence l’existence d’espèces d’hôtes clé pour le maintien de la diversité de M. ulcerans au sein des communautés locales d’hôtes (l’absence de ces hôtes entrainera une diminution de la diversité de M. ulcerans).

Disponibilité des données :
Les réseaux trophiques (basés sur les signatures isotopiques δ13C et δ15N des hôtes aquatiques) de 30 sites aquatiques en Guyane française sont disponibles et ont déjà été publiés par le consortium (Morris et al. 2016). D’autres analyses d’isotopes stables sont en cours à l’I-SEM et pourront également être exploités. La diversité des souches de M. ulcerans vient d’être identifiée par le consortium et une publication est en préparation. Cette diversité de souches sera donc disponible dès le début du stage.

Bibliographie :
Combe et al. Global and local environmental changes as drivers of Buruli ulcer emergence (2017). Emerging Microbes & Infections 6, e22. DOI : 10.1038/emi.2017.7
Roche et al. Identifying the Achilles’ heel of multi-host pathogens: the concept of keystone “host” species illustrated by Mycobacterium ulcerans transmission (2013). Environmental Research Letter 8, 045009.
Morris et al. Functional diversity as a new framework for understanding the ecology of an emerging generalist pathogen (2016). EcoHealth 13, 570-581.

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