Diversité génomique de Salmonella Derby en France

Genetic diversity of Salmonella Derby in France

• Auteur / Autrice : Yann Sévellec
• Direction : Michel-Yves Mistou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 26/11/2018
• Etablissement(s) : Paris, Institut agronomique, vétérinaire et forestier de France
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de sécurité des aliments de Maisons-Alfort et de Boulogne-sur-Mer - AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Colin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Colin, Philippe Velge, Pierre Nicolas, Annaëlle Kerouanton, Philippe Glaser, Sabrina Cadel-Six
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Velge, Pierre Nicolas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Technique

Pays de l'Union européenne

Salmonelles

Mots clés libres

Salmonella Derby

Diversité génétique

Wgs

Gwas

Phylogénie

Source attribution

Facteurs de virulence

Porc

Volaille

Cas cliniques

Salmonella Derby

Genetic diversity

Wgs

Gwas

Phylogény

Source-Attribution

Virulence factor

Pork

Poultry

Clinical cases

Résumé

Salmonella enterica est la première cause de zoonose humaine dans l’Union Européenne et représente un enjeu majeur de santé publique. Salmonella enterica subsp. enterica sérovar Derby (S. Derby) est l’un des sérovars les plus fréquemment isolés dans l’alimentation humaine et plus particulièrement dans les filières porcines et aviaires. Il appartient également aux 5 sérovars les plus fréquemment isolés des cas cliniques humains en Europe. Malgré la menace que pose le sérovar Derby pour la santé humaine la structure génétique de la population de S. Derby est mal connue. Cela est dû au faible pouvoir discriminant de la technique de référence (PFGE) utilisée pour le sous-typage des salmonelles vis-à-vis du sérovar Derby mais également au manque de représentativité des collections qui ont été sélectionnées dans des études précédentes.Notre étude a comme objectifs : 1/ l’étude de la diversité génétique et la structure de la population de Salmonella Derby en France par séquençage du génome complet 2/ l’utilisation des données génomiques pour mener un sous-typage efficace et précis des cas sporadiques attribué à S. Derby et 3/ la meilleurs compréhension d’une part de la transmission de S. Derby de l’animal à l’humain et, d’autre part, de la spécificité de ce pathogène aux hôtes porcin at aviaire.Une collection de souches représentative de la diversité génétique de S. Derby a été constituée avec une approche One Health regroupant tout à la fois des souches isolées dans le domaine clinique et dans les filières porcines et aviaires où S. Derby possède une forte prévalence. A partir de la collection de souches du Laboratoire de santé des aliments (LSAL) de l’ANSES et de l’Institut Pasteur, 302 souches humaines et 140 souches alimentaires de S. Derby ont été sélectionnées pour les années 2014 et 2015. Les génomes de 442 souches ont été séquencés et l’analyse des variants du core génome (SNP, single nucléotide substitution) nous a permis d’en étudier la diversité génétique. Les résultats démontrent la nature polyphylétique du sérovar Derby avec 3 lignées génétiquement distantes caractérisées par 4 profils MLST (ST39, ST40, ST71 and ST682). Les souches caractérisées par les profils MLST 39 et 40 constituant une lignée génomique, les souches ST71 et ST682 les deux restantes. En France le sérovar Derby est divisé entre 3 lignées distantes de 15 k SNP en moyenne. Le ST40, associé à la filière porcine, regroupant à lui seul 71% des cas humains. A l’inverse le ST71, associé à la filière volaille, regroupe seulement 2% des cas humains. Cette étude permet d’attribuer 93% des cas cliniques humains aux lignées de S. Derby issues du secteur porcin.Pour expliquer ces résultats, une étude bioinformatique du pangénome des souches de la collection a été effectuée. La diversité génétique des facteurs de virulence clés de Salmonella ainsi que le profil d’antibiorésistance ont été étudiés afin de déterminer le potentiel de virulence de chaque lignée et avancer des hypothèses moléculaires sur la spécificité de ces lignées à leur hôte. Ces investigations génomiques ont été complétées par des essais d’invasion cellulaire sur cellules épithéliales humaine, porcine et aviaire.L’analyse du pan génome confirme des différences importantes en termes de présence ou absence de gènes de virulence, et met en évidence des différences alléliques pour des gènes associés à la spécificité à l’hôte et à la survie intracellulaire. Un profil d’antibio-résistance majoritaire, est présent au sein du ST40. Enfin, la lignée ST40 et ST39 est caractérisée par un ilôt de pathogénicité unique : le SPI-23, connu pour faciliter l’invasion chez le porc. Les essais d’invasion cellulaire confirment une capacité d’invasion des cellules épithéliales humaines limitée pour l’ensemble des souches du ST71.

Salmonella enterica is the leading cause of human zoonosis in the European Union and represents a major public health issue. Salmonella enterica subsp. enterica serovar Derby (S. Derby) is one of the most frequently isolated serovar in food and more particularly in the pig and poultry sectors. It also belongs to the 5 most frequently isolated serovars from human clinical cases in Europe. Despite the threat posed by Derby serovar to human health, the genetic structure of the S. Derby population is poorly understood. This is due to the low discriminating power of the reference technique (PFGE) used for the Salmonella subtyping against Derby serovar but also to the lack of representatively of the collections that have been selected in previous studies.The objectives of my study are: 1/ to study the genetic diversity and structure of the Salmonella Derby population in France by sequencing the entire genome 2/ to use genomic data to conduct effective and accurate subtyping of sporadic cases attributed to S. Derby and 3/ to advance the understanding of S. Derby transmission from animal to human and its host specificity for pig and poultry.A collection of strains representative of the genetic diversity of S. Derby has been compiled with a one health approach, including both human clinical strains and strains isolated in the two animal sectors where Salmonella Derby has a higher prevalence. From the strain Collections of LSAl and Institut Pasteur, 140 food and 302 human strains of S. Derby respectively, have been selected for the years 2014 and 2015.The genomes of 442 strains were sequenced and the analysis of variants of the core genome (SNP, single nucleotide substitution) allowed us to study their genetic diversity. The results demonstrate the polyphyletic nature of the Derby serovar with 3 genetically distant lineages. Four different MLST profiles were identified within the strains analysed (ST39, ST40, ST71 and ST682).In France, S. Derby is divided into 3 lineages that we chose to call ST39-40, ST71 and ST682 with reference to the MLST profiles identified. These lineages are separated by an average of 15k SNP. The ST40, associated with the pork industry, accounts for 71% of human cases. On the other hand, ST71, associated with the poultry sector, accounts for only 2% of human cases. This study enabled us to attribute 93% of human clinical cases to S. Derby to the pig sector.To explain these results, a bioinformatics study of the pangenome of the strains in the collection was conducted. The genetic diversity of key Salmonella virulence factors as well as antibiotic resistance profiles were studied to determine the virulence potential of each lineage and to propose molecular hypotheses on their adaptation to the two hosts: pig and poultry. These genomic investigations were supplemented by cell invasion tests on human, porcine and avian epithelial cells.Pangenome analysis confirms significant differences in the presence or absence of virulence genes, and highlights allelic differences for genes associated with host specificity and intracellular survival. A major antibiotic resistance profile is present within the ST40 strains and ST39-40 lineage is characterized by a unique pathogenicity island, the SPI-23, known to facilitate invasion in pigs. Cell invasion tests confirm a limited ability of ST71 strains to invade human epithelial cells.