Virulence et spécificité d’hôte de leptospires pathogènes endémiques de Madagascar et ses îles voisines

Virulence and host-specificity of pathogenic Leptospira endemic to Madagascar and surrounding islands

• Auteur / Autrice : Colette Cordonin
• Direction : Pablo Tortosa, Patrick Mavingui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire
• Date : Soutenance le 19/03/2019
• Etablissement(s) : La Réunion
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Processus infectieux en milieu insulaire tropical (Saint-Denis, Réunion)
• Jury : Président / Présidente : Didier Bouchon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kathryn J. Allan, Nathalie Charbonnel, Marjolaine Roche
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Serge Morand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mutation (biologie)

Hamsters

Chauves-souris

Tanrecs

Vecteurs de maladies

Rats

Leptospiroses

Indien (îles du sud-ouest de l'océan)

Leptospires

Mots clés libres

Leptospira

Leptospirose

Sud-Ouest de l’océan Indien

Rats

Tenrecs

Chauves-souris

Hamsters

Séquençages de génomes complets

Leptospira

Leptospirosis

Southwestern Indian Ocean

Rats

Tenrecs

Bats

Hamsters

Whole genome sequencing

Résumé

La leptospirose est une zoonose d’importance médicale majeure dans les îles du Sud-Ouest de l’Océan Indien (SOOI) dont certaines enregistrent des incidences parmi les plus élevées au monde. Durant la dernière décennie, les données épidémiologiques moléculaires obtenues avec une approche « One Health » ont mis en évidence une grande diversité de lignées de leptospires ainsi que différentes chaines de transmission sur les différentes îles de la région. Les données moléculaires montrent la présence de leptospires pathogènes et de réservoirs animaux introduits ou endémiques de cette région. La distribution de ces différentes lignées de leptospires est associée à (i) un contraste épidémiologique incluant des différences dans la sévérité des cas humains et (ii) des niveaux de spécificité d’hôtes différents selon les leptospires considérés. Plus particulièrement, les leptospires endémiques du SOOI semblent être moins pathogènes chez les humains et montrent une plus forte affinité pour leur réservoir que les leptospires cosmopolites. Pour compléter nos connaissances sur l’histoire évolutive des leptospires du SOOI, nous avons produit des données provenant de chauves-souris de l’Afrique de l’Est. Ces données confirment la spécificité de certaines lignées de leptospires envers leurs hôtes chiroptères et suggèrent que les chauves-souris d’Afrique ont colonisé Madagascar tout en étant infectées par leurs leptospires. Afin de mieux comprendre le rôle des différents leptospires dans l’épidémiologie régionale de la leptospirose, nous avons mesuré la pathogénicité de trois souches de leptospires retrouvées dans cette région à l’aide d’un modèle hamster. Des souches de Leptospira mayottensis et Leptospira borgpetersenii ont été isolés respectivement de Tenrec ecaudatus (tenrec) et Triaenops menamena (chauve-souris), deux mammifères endémiques du SOOI. Une souche de Leptospira interrogans, dont le génotype est retrouvé dans la majorité des cas humains graves à la Réunion, a été isolée de Rattus rattus (rat). En cohérence avec les données épidémiologiques humaines de Mayotte et de La Réunion, les leptospires endémiques se sont révélées être significativement moins pathogènes que la souche L. interrogans. La spécificité d’hôte des deux souches isolées de mammifères endémiques a été mise à l’épreuve par des infections expérimentales de Rattus norvegicus, connu comme un réservoir important de leptospires. Les rats ont été infectés avec les trois isolats précédemment utilisés. Les rats infectés par les souches endémiques n’ont pas développé d’infection rénale chronique contrairement à la souche cosmopolite. Ces résultats montrent que la spécificité d’hôte des leptospires endémiques observée in natura est probablement due à des facteurs génétiques plutôt qu’à des facteurs écologiques, comme un manque de contacts physiques entre les réservoirs animaux endémiques et introduits. Enfin, le séquençage complet de souches de leptospires du SOOI a été réalisé afin d’identifier des caractéristiques génétiques pouvant être associées à la pathogénicité et la spécificité d’hôte des leptospires pathogènes. Une classification précise de souches de leptospires du SOOI a pu être réalisée sur la base des génomes complets. La comparaison de ces génomes a permis d’identifier des gènes spécifiques à un groupe ou une espèce de leptospires. Cependant des modifications génomiques complexes rendent difficiles l’identification de caractéristiques génomiques responsables d’un phénotype particulier tel que la virulence ou la spécificité d’hôte.

Leptospirosis is a zoonosis of main medical concern on several islands of southwestern Indian Ocean (SWIO), some of which recording among the highest human incidence worldwide. Over the last decade, molecular epidemiology investigations carried out under a One Health framework have revealed a wide variety of Leptospira lineages and distinct transmission chains throughout the islands of the region. These islands are home to pathogenic Leptospira lineages and animal reservoirs that are either introduced or endemic to the SWIO region. Interestingly, the regional distribution of Leptospira diversity is associated with (i) a contrasted severity of human cases and (ii) distinct levels of specificity of Leptospira towards their mammalian hosts. Specifically, endemic Leptospira appear less pathogenic in humans and display higher specificity towards their animal reservoirs than their cosmopolitan counterparts. To complete the dataset of Leptospira diversity in the SWIO region, we produced data from bats of eastern Africa. Results support the previously observed pattern of host specificity of Leptospira towards their bats hosts and, overlaid upon the biogeographic history of Malagasy bats, suggest that these volant mammals have colonized Madagascar from continental Africa while hosting pathogenic Leptospira. To better understand the role of distinct Leptospira lineages in the contrasted epidemiology observed in the SWIO, we investigated the pathogenicity of three Leptospira isolates from this region using a hamster model. Leptospira mayottensis and Leptospira borgpetersenii isolates were obtained from Tenrec ecaudatus (tenrec) on Mayotte and Triaenops menamena (bat) in Madagascar, respectively, both mammals endemic to the SWIO region. A Leptospira interrogans strain, which genotype has been reported in the majority of human acute cases on La Réunion, was isolated from the introduced Rattus rattus (rat). In keeping with a distinct severity of the disease on Mayotte and La Réunion, endemic bat-borne and tenrec-borne Leptospira were significantly less pathogenic than the control cosmopolitan rat-borne isolate. The host specificity of the isolates obtained from endemic hosts was addressed using experimental infection of Rattus norvegicus, a known reservoir of pathogenic Leptospira. This animal model was challenged with all three isolates and mostly failed in supporting chronic infection with bat-borne and tenrec-borne Leptospira. Hence, the strong host-specificity of endemic Leptospira toward their hosts observed in the wild likely results from genetic determinants shaped by long-term co-evolutionary processes rather than from ecological constraints such as a lack of physical contact between introduced and endemic animal reservoirs. Finally, we undertook full genome sequencing of regional strains in order to highlight genomic features that may be associated with virulence and host specificity. Whole genome sequencing allowed the accurate classification of Leptospira isolates obtained on SWIO islands. Comparative genomics allowed to identify genes specific to a group or species of Leptospira but complex changes in Leptospira genome make difficult the identification of genomic elements responsible for specific traits such as virulence and host specificity.