A new scenario for the early evolution of Mycobacterium tuberculosis

par Yann Blouin

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Gilles Vergnaud.

Le président du jury était Pierre Capy.

Le jury était composé de Gilles Vergnaud, Pierre Capy, Roland Brosch, Noel H. Smith, Vincent Jarlier, Guislaine Refrégier.

Les rapporteurs étaient Roland Brosch, Noel H. Smith.

  • Titre traduit

    Un nouveau scénario pour les premières étapes de l'évolution de Mycobacterium tuberculosis.


  • Résumé

    Mycobacterium tuberculosis, la bactérie causant la tuberculose, est un pathogène d'importance majeure à l'échelle mondiale. Depuis sa découverte en 1882 par Robert Koch, de nombreuses études se sont penchées sur les caractéristiques de cette bactérie et des souches proches, connues sous le nom de complexe Mycobacterium tuberculosis (MTBC). Dans le cadre de ce travail nous avons commencé par nous intéresser à l'espèce proche "Mycobacterium canettii", qui avait été identifiée au milieu du XXème siècle comme étant également capable de causer des cas de tuberculose chez l'Homme, tout en possédant des caractéristiques phénotypiques propres. Par le biais de l'étude de certains marqueurs phylogénétiques, nous avons pu établir que cette bactérie n'appartenait pas au MTBC au sens strict et pouvait donc être utilisée comme point d'ancrage dans le cadre de l'étude de la phylogénie et de l'émergence de ce dernier. C'est pourquoi nous avons choisi d'étudier la diversité de la collection de souches de "Mycobacterium canettii", qui proviennent toutes d'une même région du globe, la Corne de l'Afrique. L'étude de cette collection, construite au fil des ans par le Service de Santé des Armées (SSA), a permis de mettre en évidence l'émergence d'un groupe particulier de souches au sein de cette espèce, ainsi que d'obtenir des éléments permettant de préciser le positionnement du dernier ancêtre commun (MRCA) du MTBC. Du fait de l'origine géographique exclusive de ce taxon, nous avons ensuite décidé d'évaluer la diversité génétique des souches de Mycobacterium tuberculosis provenant de cette même région du globe. Cette seconde partie de l'étude, menée sur une collection à nouveau constituée par le SSA, a conduit à l'identification d'une nouvelle lignée au sein du MTBC, jusqu'alors inconnue. Cette découverte a un impact important sur la compréhension de l'émergence de Mycobacterium tuberculosis, car elle permet d'envisager un nouveau modèle d'apparition en interprétant cette lignée comme le descendant contemporain de l'écotype fondateur du MTBC. L'évolution de Mycobacterium tuberculosis peut ainsi être comprise suivant une progression liant "Mycobacterium canettii", pathogène occasionnel supposé environnemental, et cette nouvelle lignée. Une fois ce nouveau modèle proposé, nous avons tenté de le dater en extrapolant le taux de mutations observé lors d'évènements épidémiques contemporains, ce qui nous a permis de dater le MRCA du MTBC à environ 10 000 ans. Enfin nous avons mis en parallèle ces éléments concrets avec les connaissances paléo-ethnographiques actuelles concernant la Corne de l'Afrique pour proposer un modèle historiquement argumenté permettant d'expliquer la structuration phylogénétique actuelle du MTBC.


  • Résumé

    Mycobacterium tuberculosis, the causative agent of tuberculosis, is a pathogen of world-wide impact. Since its discovery in 1882 by Robert Koch many studies have been focusing on the characteristics of this bacterium and of the most closely related strains known as the Mycobacterium tuberculosis complex (MTBC). In this work we started by studying the closest neighbor to the MTBC, the "Mycobacterium canettii" taxon, which is only found in one particular region of the world, the Horn of Africa. It t has been first identified in the middle of the XXth century as being able to cause tuberculosis in humans, but having at the same time peculiar phenotypic characteristics. Through the study of some phylogenetic markers we have been able to establish that this bacterium does not belong to the MTBC sensu stricto and can therefore be used as an outgroup in order to root the phylogeny to study the emergence of the MTBC. The next step was to study the genetic diversity of a collection of strains of "M. canettii",using the “next generation sequencing” (NGS) approach.. The analysis of this collection, built along the years by the French Army Health Service (SSA), has permitted to show the rapid emergence of a particular clone, as well as to get information enabling to precise the position of the most recent common ancestor (MRCA) of the MTBC. Because of the restricted geographic location of this species, it was also decided to assess the genetic diversity of strains of M. tuberculosis coming from the same part of the globe. This second part of the study, performed on a collection of strains also gathered by the SSA, has lead to the identification of a new, previously unknown, lineage of the MTBC. This discovery has a profound impact on the comprehension of the emergence of M. tuberculosis, as it permits to develop a new model of appearance by interpreting this lineage as the founder ecotype of the MTBC. The evolution of M. tuberculosis can therefore by understood along a path linking "M. canettii", opportunistic pathogen supposedly environmental, and this new lineage. After this proposal of a new model, we tried to date it by extrapolating


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