Identification of Ixodes ricinus female salivary glands factors involved in Bartonella henselae transmission

par Xiangye Liu

Thèse de doctorat en Sciences du vivant

Sous la direction de Sarah Bonnet.

Soutenue le 15-11-2013

à Paris Est , dans le cadre de Ecole Doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (2000-2015 ; Paris) , en partenariat avec Epidémiologie des maladies animales infectieuses (Maisons-Alfort, Val de Marne) (laboratoire) et de UMR INRA-ENVA 1198 (laboratoire) .

Le président du jury était Patrick Mavingui.

Le jury était composé de Sarah Bonnet, Karine Huber.

Les rapporteurs étaient Catherine Bourgouin, Karen D. McCoy.

  • Titre traduit

    Identification de facteurs des glandes salivaires d’Ixodes ricinus impliqués dans la transmission de Bartonella henselae


  • Résumé

    Aujourd'hui, l'émergence ou la réémergence de maladies transmises par les tiques (TBDs) devient un problème majeur. En raison des problèmes générés par l'utilisation des acaricides (pollution, résistance), il est donc urgent d'identifier de nouvelles approches pour contrôler les populations de tiques. Parmi ces stratégies, la vaccination visant des molécules conservées chez les tiques et impliquées dans leur capacité vectorielle, sont devenues particulièrement attractives. En conséquence, l'identification de cibles antigéniques appropriées est un défi majeur pour la mise en œuvre de ces stratégies de contrôle des tiques et des TBDs. Dans le présent travail, l'objectif principal est d'élucider les interactions moléculaires entre I. ricinus et B. henselae, afin d'identifier des molécules qui pourraient représenter des cibles vaccinales contre les tiques et les agents pathogènes qu'elles transmettent. Dans ce but, nous avons identifié, par séquençage à haut débit, des transcrits d'Ixodes ricinus différentiellement exprimés au niveau des glandes salivaires de la tique en réponse à une infection par B. henselae. Dans un second temps, l'implication d'un de ces transcrits surexprimés lors de l'infection dans la transmission de B. henselae, a été évaluée. Enfin, et en premier lieu, nous avons validé l'utilisation de la technique de gorgement artificiel sur membrane pour infecter I. ricinus par B. henselae et évalué l'impact de différents paramètres sur le gorgement des tiques. Les résultats ont montré que la technique de gorgement sur membrane est bien adaptée à l'infection d'I. ricinus par B. henselae en laboratoire, et que la proportion et le poids des tiques gorgées sont diminués lors de l'infection du sang par la bactérie Le séquençage en 454 des glandes salivaires de tiques a généré une banque de référence contenant 24, 539 transcrits, et la comparaison des glandes salivaires d'I. ricinus infectés et non-infectés par B. henselae a montré que 839 et 517 transcrits étaient respectivement significativement surexprimés et sous-exprimés en réponse à l'infection par des bactéries. Parmi les gènes de fonction connue, 161 transcrits correspondent à 9 familles déjà identifiées, quand les autres correspondent à des gènes de fonction inconnue. L'extinction par RNA interférence du gène le plus surexprimé, IrSPI qui appartient à la famille des inhibiteurs de sérine protéase BPTI/Kunitz, a entraîné une réduction de la taille du repas sanguin prit par les tiques (et donc sa descendance) ainsi que du niveau d'infection au niveau des glandes salivaires. En conclusion, cette étude a démontré que la technique de gorgement artificiel des tiques sur membrane est un outil puissant pour étudier les interactions entre les tiques et les agents pathogènes qu'elles transmettent comme B. henselae. Ce travail apporte aussi une nette avancée en termes de données génétiques sur I. ricinus (dont le génome n'est pas séquencé) et sur les interactions moléculaires entre une bactérie et son vecteur. Enfin, ce travail a permis la mise en évidence d'une molécule représentant un candidat vaccinal très prometteur à la fois pour diminuer la population de tiques et lutter contre les agents pathogènes qu'elles transmettent. Dans le futur, et en fonction de la confirmation du rôle des gènes identifiés ici dans la transmission bactérienne, de nombreux candidats vaccins pourront ainsi être évalués, ouvrant alors de nouvelles perspectives dans la lutte contre les tiques et les maladies dues aux agents qu'elles transmettent


  • Résumé

    Ticks are obligate blood-feeding ectoparasites of many hosts including mammals, birds and reptiles. After mosquitoes, they are the most important vectors worldwide, and are able to transmit the highest variety of pathogens including virus, bacteria and parasites. Ixodes ricinus (Acari: Ixodidae), the most common tick species in Europe, is a three-life stage hard tick. It is frequently associated with bites in humans, and transmits several pathogens, including Tick-Borne Encephalitis, Babesia spp., Borrellia spp., Anaplasma spp., and to a lesser extent Bartonella spp. Bartonella spp. are facultative intracellular bacteria associated with a number of emerging diseases in humans and animals. It has been demonstrated that I. ricinus is a competent vector for B. henselae that causes cat scratch disease as well as being increasingly associated with a number of other syndromes, particularly ocular infections and endocarditis. Recently, emergence or re-emergence of tick-borne diseases (TBDs) is increasingly becoming a problem. Indeed, and because of the limited success and disadvantages of controlling TBDs via acaricides, new approaches are urgently needed. Therefore, vaccine strategies that target conserved components of ticks that play roles in vector infestation and vector capacity have become particularly attractive. Accordingly, the identification of suitable antigenic targets is a major challenge for the implementation of tick and TBDs control strategies. In the present work, the main objective is to elucidate molecular interactions between I. ricinus and B. henselae in order to identify some targets that may be used as vaccines against ticks and tick-borne pathogens. Two principal points are focused on: primarily, to identify I. ricinus salivary gland differentially expressed transcripts in response to B. henselae infection with next generation sequencing techniques (454 pyrosequencing and HiSeq 2000); secondly, to validate the implication of one of these transcripts in the transmission of B. henselae. For that purpose, and at first, we validated artificial membrane feeding technique for ticks infection by B. henselae and evaluated the impact of several parameters on tick feeding. Results showed that membrane feeding technique is a suitable method to infect I. ricinus with B. henselae and that the proportion and weight of engorged ticks are decreased by B. henselae infection of the blood meal. Transcriptional analysis of the tick salivary glands generated a reference databank containing 24,539 transcripts, and the comparison of B. henselae-infected and non-infected I. ricinus female salivary glands showed that 839 and 517 transcripts were significantly up- and down-regulated in response to bacteria infection, respectively. Among them, 161 transcripts corresponded to 9 groups of ticks salivary gland gene families already described, when the other ones corresponded to genes of unknown function. Silencing the most up-regulated gene IrSPI, which belongs to BPTI/Kunitz family of serine protease inhibitor, resulted in reduction of tick feeding and bacteria load in tick salivary gland. In conclusion, this work demonstrated that artificial-membrane feeding technique is a powerful tool for investigating the interactions between tick and tick-borne pathogens as B. henselae. It also increases the available genomic information for I. ricinus and the knowledge to improve our understanding of the molecular interaction between tick and tick-borne pathogens. At last, it provides a potential vaccine candidate to control tick-borne diseases. In the future, and depending of differentially expressed genes' role confirmation, more and more vaccine candidate will be provided by this work, and the strategy of controlling tick and tick-borne disease will come to a new stage


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