Milieux urbains et exposition aux Actinobactéries pathogènes : cas particulier des bassins d’infiltration

Urban field and exposure to pathogenic Actinobacteria : particular case of infiltration basins

• Auteur / Autrice : Florian Vautrin
• Direction : Verónica Rodriguez-Nava, Thierry Winiarski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie microbienne
• Date : Soutenance le 12/12/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'écologie Microbienne (Lyon)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Jarraud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Verónica Rodriguez-Nava, Thierry Winiarski, David Lebeaux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hélène Marchandin, Laurent Moulin
• DOI : 10.70675/7483a200z01bbz4657zaf45z291e768ae867

Mots clés

Mots clés contrôlés

Virulence (microbiologie)

Bactéries pathogènes

Hydrologie urbaine

Mots clés libres

Bactérie pathogène opportuniste

Bassin d'infiltration

Diversité infraspécifique

Hydrologie urbaine

Métabarcoding hsp65

Nocardia cyriacigeorgica

Pollution urbaine

Virulence

Opportunistic pathogen

Infiltration basin

Infraspecific diversity

Metabarcoding hsp65

Nocardia cyriacigeorgica

Urban pollution

Virulence

Virulence

Résumé

En ville, les eaux pluviales sont collectées et dirigées vers des bassins d’infiltration. Elles amassent lors du ruissellement et du lessivage des sols et des toitures des polluants divers : hydrocarbures, matières organiques, métaux lourds. Ces particules accumulées à la surface des bassins d’infiltration forment une couche de sédiments urbains riches en polluants qui représentent une nouvelle niche écologique pour des bactéries pathogènes opportunistes. On retrouve des Actinobactéries pathogènes dont Nocardia cyriacigeorgica. Pour l’heure, les études réalisées sur cette espèce en terme de physiopathologie l’ont été uniquement sur des souches cliniques et ne prennent pas compte les isolats environnementaux. Les principaux objectifs de ces travaux de thèse étaient d’évaluer la biodiversité spatio-temporelle des Actinobactéries présentes dans les sédiments d’un bassin d’infiltration avec un focus sur les espèces pathogènes du genre Nocardia, mais également d’établir des liens phylogénétiques entre des souches isolées d’un environnement urbain et des souches provenant de patients français atteints de nocardiose, et ainsi déterminer la dangerosité de ces clones environnementaux. Trois campagnes d’échantillonnage ont été réalisées dans un bassin d’infiltration de l’Est lyonnais (Django-Reinhardt) au printemps, en été et en automne. La biodiversité des communautés d’Actinobactéries a été décrite pour la première fois par méthode de séquençage nouvelle génération à l’aide du marqueur hsp65. La diversité infraspécifique des isolats environnementaux de N. cyriacigeorgica provenant du bassin d’infiltration et de souches cliniques fournies par l’Observatoire Français des Nocardioses a été quantifiée par une analyse multiloci (rrs-hsp65-sodA-secA1). La virulence des deux souches modèles urbaine EML446 et clinique GUH-2 de N. cyriacigeorgica a été évaluée par génomique comparative en étudiant le contenu en gènes de virulence des deux génomes, puis par expérimentation animale sur modèle murin d’immunoparalysie transitoire CLP 30 %. Les résultats de ce travail mettent en évidence la variabilité de la diversité spatio-temporelle des espèces pathogènes et indigènes d’Actinobactéries dominées par environ 80 % de bactéries du genre Mycobacterium mais également de Nocardia dans les sédiments du bassin d’infiltration Django-Reinhardt. Le mercure, le cuivre et une forte humidité semblent favoriser le développement des espèces pathogènes. La souche urbaine EML446, n’appartenant pas au phylogroupe contenant la souche hautement pathogène GUH-2, présente tout de même un fort pouvoir pathogène sur modèle murin d’immunoparalysie transitoire à une dose de 1,0x106 UFC/souris ainsi que des contenus en gènes de virulence semblables. En conclusion, cette thèse a mis en évidence un risque microbiologique lié à la présence de l’espèce pathogène N. cyriacigeorgica dans un environnement urbain pollué en lien avec la gestion des eaux pluviales. Elle ouvre ainsi des perspectives sur la réorganisation taxonomique de N. cyriacigeorgica et une potentielle scission en trois espèces distinctes, pouvant avoir un impact en terme de virulence ou d’antibiorésistance, mais également sur l’utilisation de nouveaux outils permettant l’identification fine aussi bien clinique que dans l’environnement d’isolats ou de communautés bactériennes de Nocardia par métabarcoding à l’aide du marqueur hsp65 et par MALDI-ToF MS

In cities, runoff waters are collected and directed toward infiltration basins. They collect during flooding and soils or roofs leaching diverse pollutants: hydrocarbons, organic matter, heavy metals. These accumulated particles on the infiltration basins surface constitute a layer of urban sediments rich in pollutants that constitute a new ecological niche for opportunistic pathogens. Pathogenic Actinobacteria whose Nocardia cyriacigeorgica are found here. For the moment, physiopathological studies performed on this species were done only on clinical strains and don’t take into consideration environmental isolates. Main objectives of this thesis were to assess the spatial-temporal biodiversity of Actinobacteria present in the sediments of the infiltration basin with a more specific focus on Nocardia pathogenic species, and to establish phylogenetic links between strains from an urban environment and the ones arising from French patients affected by nocardiosis and so determine the hazardousness of these environmental clones. Three sampling campaigns were performed in the infiltration basin of the Lyon east area (Django-Reinhardt) during spring, summer and autumn. The actinobacterial biodiversity was described for the first time by next generation sequencing (NGS) tools with the hsp65 marker. The infraspecific diversity of the environmental isolates of N. cyriacigeorgica arising from the infiltration basin et clinical strains provided by the French Observatory of Nocardiosis was quantified by a multilocus analysis (rrs-hsp65-sodA-secA1). The virulence of the two model strains urban EML446 and clinical GUH-2 of N. cyriacigeorgica was assessed by comparative genomics on the virulence genes of the two genomes, then by animal testing on a murine model of transient immunoparalysis CLP 30 %. Results highlight the variability of the spatial-temporal diversity of the pathogenic and indigenous Actinobacteria species dominated by around 80 % of the genus Mycobacterium and Nocardia present too in the sediments of the Django-Reinhardt infiltration basin. Mercury, copper and humidity seem to favor the development of pathogenic species. The urban strain EML446, that doesn’t be part of the highly pathogenic GUH-2 phylogroup, harbors an important pathogenicity on the murine model of transient immunoparalysis at a dose of 1,0x106 CFU/mice, as well as a similar virulence genes content. To conclude, this thesis highlights the microbial risk due to the presence of the N. cyriacigeorgica pathogenic species in a polluted urban environment linked to the runoff water management. It also opens new perspectives on the N. cyriacigeorgica taxonomic reorganization and a potential split in three distinct species that could impact the virulence and antibiotic resistance, as well as the use of new tools for the fine identification of clinic or environmental isolates of Nocardia bacterial communities by hsp65 metabarcoding or by MALDI-ToF MS