Une distribution nationale de moustiquaires imprégnées d'insecticide à longue durée d'action à destination des populations vulnérables du Niger a été effectuée fin 2005. Déjà montrée lors d'études pilotes à l'échelle du village, l'efficacité de cet outil dans le contrôle du paludisme restait à évaluer à l'occasion de vastes programmes opérationnels qui se multiplient en Afrique. Peu d'études des populations de vecteurs ont été publiées dans ce cadre. Nous avons mis en place un suivi entomologique au niveau de sites sentinelles répartis dans la zone Sahélienne du Niger, ayant couvert trois saisons de transmission, dont une avant intervention considérée comme période contrôle. Les paramètres entomologiques de la transmission ont été déterminés pour An. gambiae s.l., et la distribution spatiale des deux principaux vecteurs, An. gambiae et An. arabiensis, a été précisée. Le suivi temporel a mis en évidence une baisse globale du niveau de transmission de P. falciparum, probablement entrainée par la forte hausse d'utilisation de moustiquaires imprégnées. Cependant la hausse de la résistance des populations aux pyréthrinoïdes semble avoir été rapidement amorcée faisant craindre à moyen terme une perte d'efficacité de cet outil central des stratégies de lutte contre le paludisme. L'étude de la structure génétique des populations d'An. gambiae et d'An. arabiensis à l'aide de marqueurs microsatellites a montré une homogénéité génétique dans l'espace, entre les villages, même séparés par plusieurs centaines de kilomètres, ainsi que dans le temps, entre la saison de transmission 2005 contrôle et la saison 2006 après distribution. Ces résultats ont suggéré qu'au cours de la première année d'intervention, la couverture en moustiquaires imprégnées atteinte n'a pas eu d'effet de masse suffisant pour entrainer une baisse de la diversité génétique ou une modification des fréquences alléliques des populations. La faible différenciation spatiale observée pourrait être expliquée par des échanges de gènes importants à l'intérieur de la zone d'étude, hypothèse appuyée par l'expansion rapide de la mutation kdr dans l'ensemble des sites où An. gambiae est présent. L'évaluation rigoureuse de tels programmes de contrôle permettra d'améliorer les outils de contrôle et par exemple de préserver l'efficacité des pyréthrinoïdes, seule classe d'insecticides actuellement disponible pour l'imprégnation des moustiquaires.

Le paludisme compte parmi les plus lourds fardeaux qui pèsent sur l’Afrique subsaharienne en termes de maladie, dans un contexte international de grande mobilisation pour son contrôle. Le paradoxe est que les moyens thérapeutiques (préventifs et curatifs) adéquats pour son contrôle sont disponibles et largement diffusés. Plusieurs travaux ont montré qu’à la base de cet échec se trouvent de nombreux facteurs culturels, sociaux, économiques, environnementaux, etc. qui sont nécessaires en plus des moyens thérapeutiques traditionnels pour un contrôle efficace du paludisme. Les expériences menées dans le sens de la prise en compte de ces facteurs se sont souvent situées dans la logique des professionnels de la santé sans véritablement tenir compte de la logique des communautés. Au Bénin, le paludisme demeure la première cause de morbidité et de mortalité dans la population générale et surtout celle des enfants de moins de cinq ans. Sur les dix dernières années (1996-2005) et malgré les importants efforts engagés pour son contrôle, le paludisme est resté la première cause de consultation et d’hospitalisation dans la population des enfants de moins de cinq ans avec une tendance à la hausse. La présente étude a choisi de voir dans quelle mesure l’empowerment communautaire et la participation appropriative des parents dans l’élaboration et la mise en œuvre des projets de lutte contre le paludisme des enfants de moins de cinq ans contribue à la réduction de la morbidité et de la mortalité de ces derniers ainsi qu’à l’amélioration de la qualité de vie des populations. Pour ce faire, il a été mis en place un dispositif quasi-expérimental pré-post, pilote et témoin. L’intervention de promotion de la santé et d’éducation pour la santé a été un accompagnement du village pilote dans l’identification des priorités et la mise en œuvre des solutions propres à lutter contre le paludisme de l’enfant reconnu comme problème prioritaire de santé. Le projet a été mis en place suivant la logique de la communauté pilote qui a identifié sept différents micro-projets, suivant ses besoins prioritaires, pour efficacement lutter contre le paludisme de l’enfant. Parmi ces sept micro-projets, cinq ont été pleinement mis en œuvre, le sixième partiellement et, le dernier non encore entamé avant le terme provisoire du projet qui a été de 27 mois. L’ensemble de ces activités a impliqué environ 80% de la population de la communauté pilote. Au terme des 27 mois, la grande majorité des parents interrogés trouvent qu’il s’agit d’un projet qui leur a apporté d’éléments nouveaux dans l’appréciation de la situation de la fièvre et de sa prise en charge et, par conséquent, il devrait continuer. L’analyse des représentations, les entretiens de groupe, le dépistage actif, le dépouillement des registres dans les formations sanitaires fréquentées par les membres de la communauté pilote ainsi que le recensement des décès d’enfants pendant la période de l’intervention, comparés aux données d’avant intervention ont permis de noter un changement statistiquement significatif dans les pratiques de recours aux soins adéquats, une réduction de la morbidité et de la mortalité palustres (respectivement 42% et 87% des taux observés avant l’intervention) avec également une différence statistiquement significative comparativement au village témoin. Une confirmation de ces résultats est obtenue à partir des registres d’approvisionnement et de cession des médicaments anti-palustres utilisés dans le cadre du projet dans le village pilote ainsi que les données d’interviews individuelles approfondies. Les femmes, dont les fonctions traditionnelles dans ce milieu leur confèrent un statut de l’ombre, ont joué un rôle prépondérant dans l’initiation des micro-projets et la prise en charge adéquate des cas de fièvre des enfants. D’autres aspects du développement du village pilote ont vu le jour à partir de ce projet, tels que la mise en place d’une fontaine d’eau potable, l’élaboration et la mise en œuvre d’un nouveau modèle d’habitat permettant une meilleure protection contre les moustiques vecteurs du paludisme, etc. Il est à noter que le projet se poursuit sous la direction du comité villageois mis en place pour la circonstance et avec un contact régulier maintenu entre ce dernier et le chercheur principal.

Le paludisme demeure une des maladies infectieuses les plus meurtrières au monde. Propagé par la piqûre d’un moustique femelle du genre Anopheles, le parasite du paludisme (Plasmodium) migre dans la circulation sanguine et infecte les cellules hépatiques de la victime. Dans le foie, le parasite se différencie et se reproduit par schizogonie à l’intérieur d’une vacuole parasitophore pour compléter la production de plusieurs milliers de mérozoïtes par cellule hépatique infectée. Ces mérozoïtes sont par la suite libérés dans la circulation sanguine où ils infectent les érythrocytes circulants dans lesquels le parasite subit des cycles d’infection, réplication et libération (processus de sortie actif provoqué par le parasite). Ces cycles répétitifs dans le sang sont à l’origine des symptômes cliniques de la maladie.Des études sur Plasmodium falciparum ont montré que P. falciparum SUB1 (PfSUB1), une protéase à sérine de la famille des subtilisines, est relâchée à l’intérieur de la vacuole parasitophore peu avant la libération des mérozoïtes des hématies. A l’intérieur de cette vacuole, la protéase intervient dans la maturation de protéines membres de la famille des SERA (famille de protéines du type papaïne) ainsi qu’un certain nombre de protéines de surface du mérozoïte (famille des MSP). Un grand intérêt a été porté sur cette protéase, car l’inhibition pharmacologique de l’activité de PfSUB1 bloque le processus de sortie et d’invasion des mérozoïtes dans le stade érythrocytaire du parasite in vitro.Le stade hépatique du parasite est une cible idéale pour le développement de traitements prophylactiques antipaludiques, car il précède la phase symptomatique de la maladie. En conséquence, il est important de mieux comprendre les mécanismes de fonctionnement du parasite à ce stade. Le présent projet avait pour but principal d’effectuer une étude du rôle de SUB1 dans le stade hépatique de Plasmodium. Pour ce faire, ce travail s’est effectué sur l’orthologue de PfSUB1 chez le parasite murin P. berghei. Dans un premier temps, l’expression de PbSUB1 dans les stades hépatiques du parasite a été confirmée en utilisant des anticorps spécifiques et en générant une lignée mutante de P. berghei exprimant la protéine endogène fusionnée à un marqueur hémagglutinine. Par la suite, l’enzyme a été exprimée sous forme recombinante et sa fonction et spécificité ont été partiellement caractérisées. Ce travail confirma que la protéase est capable de cliver des peptides basés sur les séquences de PbMSP1 et PbSERA3, substrats potentiels exprimés dans les stades hépatiques du parasite. Finalement, afin de mieux caractériser la fonction de PbSUB1, deux approches récentes permettant d’effectuer un knock-out conditionnel chez P. berghei ont été testées: le système Tet et la mutagenèse conditionnelle Flp/FRT. Afin d’utiliser cette dernière approche, une nouvelle méthode pour insérer des sites de reconnaissances Flp (sites FRT) dans les régions intergéniques de clones (dans ce cas, un clone comprenant pbsub1 et gènes voisins) provenant d’une bibliothèque génomique de P. berghei a été développée. Pour ce faire, plusieurs techniques d’ingénierie moléculaire ont été utilisées. Ces techniques, basées sur les systèmes de recombinaison de la levure (recombinase Flp) et de phages (recombineering) similaire à ceux utilisés par le projet PlasmoGEM (Pfander et al., 2012), surmontent les problèmes rencontrés par les méthodes conventionnelles pour le placement des sites FRT et sont aussi applicables aux longues séquences codantes. Avec ces nouveaux outils, un knock-out conditionnel de pbsub1 a été généré avec succès in vivo où la délétion du gène est accompagnée de l’expression d’un gène rapporteur (GFP) afin de faciliter l’identification des parasites ayant perdu le gène d’intérêt. A la fin de ce travail, une analyse préliminaire de ces parasites déficients en PbSUB1 suggère un rôle essentiel de cette protéase dans le développement de la phase hépatique du parasite. / Malaria remains one of the deadliest infectious diseases in the world. Propagated by the bite of an infected female Anopheles mosquito, the malaria parasite (Plasmodium) enters the bloodstream and infects hepatocytes. In the liver, the parasite differentiates and reproduces by schizogony within a membrane-bound parasitophorous vacuole (PV) resulting in the production of several thousands of merozoites per infected hepatic cell. These parasites are subsequently released into the blood stream where they infect circulating red blood cells and undergo repetitive cycles of infection, replication, and egress (active release of parasites) which are responsible for the clinical symptoms of the disease.Work on P. falciparum, has shown that P. falciparum SUB1 (PfSUB1), a serine protease of the subtilisin-like family, is discharged into the PV just prior to egress from the erythrocyte and mediates the proteolytic maturation of members of the SERA family (a family of papain-like proteins) as well as a number of merozoite surface proteins (MSPs). Pharmacological inhibition of PfSUB1 activity inhibits both egress and invasion of released merozoites in blood stages in vitro.The liver stage of the parasite is an ideal target for development of prophylactic anti-malarial drugs, as it is clinically silent. It is thus of importance to gain more detailed knowledge about parasite development in this stage. The main aim of this project was to study the role of SUB1 in the liver stage of the parasite life cycle. The work was performed on the orthologue of PfSUB1 in the murine malaria species P. berghei. Initially, expression of PbSUB1 in liver stages was confirmed using specific antibodies and by generating a transgenic P. berghei clone expressing epitope-tagged PbSUB1. Next, recombinant enzymatically-active PbSUB1 was expressed in insect cells and partially characterised with respect to its function and substrate specificity. This confirmed that the protease is able to process substrates based on PbMSP1 and PbSERA3, two putative substrates expressed in late hepatic stages of the parasite.Finally, to further study PbSUB1 function, two conditional gene knock-out approaches were applied to study the phenotypic consequences of loss of PbSUB1 expression. Working from a ~10 kb genomic DNA library clone comprising pbsub1 and flanking genes, a method to insert Flp recombinase recognition (FRT) sites into intergenic regions was developed. This was achieved by combining inducible Flp activation in E. coli with recombinase mediated engineering techniques similar to those that underlie the PlasmoGEM project (Pfander et al., 2012). This strategy overcomes challenges of existing techniques and is also suitable for flanking large genes with FRT sites. With these newly generated tools, an inducible knock-out of pbsub1 was successfully generated in vivo, in which stage-specific excision of the gene was accompanied by concomitant induction of GFP expression, facilitating identification of the knock-out parasites. A preliminary analysis of these PbSUB1-deficient parasites suggests an essential role for the protease in the development of liver stage schizonts.

L'accroissement des résistances aux insecticides chez les anophèles vecteurs de Plasmodium sont mises en cause dans la baisse d'efficacité des principales stratégies de lutte antivectorielle (LAV) en Afrique. Des techniques de combinaisons d'insecticides, évaluées au Bénin, n'ont pas été plus efficaces pour réduire la morbidité palustre et limiter l'extension des résistances que la stratégie préconisée par le Programme National de Lutte contre le Paludisme (moustiquaires imprégnée seules). Dans cette thèse, nous avons cherché à identifier les facteurs opérationnels, biologiques et environnementaux pouvant expliquer cet échec. Nous avons modélisé le risque d'exposition de l'homme aux piqûres de vecteurs en fonction de variables environnementales afin (i) d'identifier les déterminants de la présence et de la densité des vecteurs et (ii) d'analyser l'impact des méthodes de LAV. Nos résultats ont montré à l'échelle des villages une forte hétérogénéité spatio-temporelle de la population vectorielle, caractérisée par des niches écologiques et comportementales différentes qui a ont pu moduler l'efficacité de la LAV. Nous avons mis en évidence le rôle vectoriel majeur de An. funestus qui assurait la transmission en saison sèche tandis que le taux d'utilisation des moustiquaires diminuait en raison des fortes températures et de la baisse de nuisance culicidenne. Nous avons observé des modifications comportementales chez les vecteurs suite à la mise en place de méthodes de LAV. Nous faisons des propositions pour l'amélioration des méthodes actuelles de LAV, pour définir les caractéristiques des futures méthodes et pour mieux choisir les méthodes à implémenter en fonction du faciès entomologique. / Insecticide resistance in malaria vector has increased in Africa. Implications for the effectiveness of the most widely implemented vector control (VC) techniques are questioned. To manage resistance, two VC strategies combining two different insecticides were evaluated during a randomised controlled trial in Benin. These strategies did not show a better efficacy than the baseline intervention recommended by the National Malaria Control Program (insecticidal nets alone). The aim of this thesis was to identify operational, biological and environmental factors that could explain this failure. We modelled the risk of exposure to malaria vectors according to environmental factors to (i) identify the determinants of the vectors' presence and density and to (ii) analyse the impact of VC strategies. Our results showed high spatial-temporal heterogeneities of vector populations at the village scale. The vector populations were characterized by different ecological and behavioural niches which could have impacted the effectiveness of VC. We highlighted the importance of An. funestus in malaria transmission during the dry season when people are less likely to use nets because of hot temperatures and low mosquito biting nuisances. We also observed changes in vectors biting behaviour following the implementation of VC. We therefore provide suggestions to improve actual VC tools, to define characteristics of new tools and to better select tools to implement in the field according to the entomological facies.

Le paludisme est causé par un parasite appelé Plasmodium falciparum, transmis lors de la piqûre d'un moustique. Au stade sanguin, ce parasite unicellulaire, de forme ovoïde, envahit les globules rouges, s'y multiplie avant d'être libéré pour une nouvelle invasion à la fin d'un cycle de 48 heures. Ce travail de thèse porte sur le mouvement du parasite au cours du processus d'invasion. L'étape préalable à la pénétration du parasite dans sa cellule hôte est le mouvement de réorientation permettant de mettre en contact son complexe apical avec la membrane de la cellule hôte. Afin de comprendre comment le parasite génère les mouvements nécessaires à cette réorientation sans l'aide de flagelle, de cil ou de déformation, notre approche est d'observer et de décrire le mouvement des parasites sur un substrat rigide, au travers d'une analyse détaillée des trajectoires du parasite. Nous observons que le parasite explore tous les degrés de liberté qui lui sont accessibles compte tenu de son attachement au substrat: translation et rotation dans le plan et réorientation de sa partie apicale. Nous avons identifié trois types de mouvement: confiné, dirigé et circulaire. Nous caractérisons ces trajectoires et mouvements en utilisant une analyse de corrélation et en discutant les mécanismes possibles à l'origine de ces trajectoires particulières. Enfin, nous examinons le rôle des constituants du cytosquelette sur le mouvement du parasite, en affectant spécifiquement les filaments d'actine et les microtubules. Les conséquences de la polymérisation de ces structures sur le mouvement du parasites sont discutées. / Malaria is caused by a parasite called Plasmodium falciparum, transmitted via mosquito's bites. At the blood stage, these unicellular ovoidal parasites invade red blood cells (RBCs), multiply and are released at the end of a 48h cycle, ready for new invasions. This work is focused on the motion of the parasite during the invasion process. To penetrate into the host cell, the parasite reorient its apical part towards the RBC membrane. For this purpose, the parasite generates different movements that allow him to find the correct position to form a specific junction to invade the cell. To understand how the parasite is able to move and reorient without the aid of cilia, flagella or deformations, we performed a detailed analysis of the parasite trajectories and orientation on rigid substrate. We observe that the substrate-attached parasite explores all degrees of freedom with in-plane rotation, translation and flipping. Three types of motion have been identified: confined, directed circular . We characterize these trajectories and motions using correlation analysis and we discuss the possible mechanisms that could explain these peculiar trajectories. Finally, to determine the role of the cytoskeleton components in the parasite motion, specific structures such as the actin filaments and the microtubules have been specifically affected. We will describe and discuss the consequences of depolymerizing or stabilizing these structures.

L'objectif général de cette thèse était d'étudier le rôle des anticorps dans la susceptibilité ou la résistance au paludisme chez de jeunes enfants béninois exposés naturellement aux infections palustres durant leurs deux premières années de vie. Deux projets complémentaires (PALNOUGENENV et TOLIMMUNPAL) ont été mises en place au Bénin et consistaient à suivre des mères et leurs enfants. Dans le cadre du projet PALNOUGENENV, l'étude incluait 600 mères à l'accouchement et a suivi leurs enfants pendant les dix-huit premiers mois de vie dans le but d’étudier les conséquences de l’infection placentaire palustre chez les mères sur la survenue des premières infections palustres chez les nouveau-nés. Suite au projet PALNOUGENENV, il semblait important de connaitre le statut palustre de la mère pendant la grossesse et pas seulement à l’accouchement. Le projet TOLIMMUNPAL a donc été mis en place et incluait 400 mères et leurs enfants. Les mères ont été inclues à la première consultation prénatale et suivies au niveau parasitologique et clinique jusqu'à l'accouchement et leurs enfants ont été suivis de la naissance jusqu'à 24 mois dans le but d'étudier des déterminants environnementaux, biologiques et génétiques impliqués dans le développement de la tolérance immunitaire associée au paludisme et ses conséquences sur la protection de la femme enceinte et du jeune enfant. Plus spécifiquement, nous avons étudié chez ces enfants les relations entre l'infection palustre et les niveaux d'anticorps spécifiquement dirigés contre les antigènes candidats vaccins les plus avancés du stade érythrocytaire d'une part et la capacité des anticorps à inhiber le développement in vitro de P. falciparum d'autre part. Nos résultats mettent en évidence une association dans la cohorte PALNOUGENENV entre les niveaux élevés des sous-classes cytophiles IgG1 dirigées contre les antigènes candidats vaccins MSP1 (p<0,001, OR=0,90) et IgG3 anti-MSP2 (p<0,001, OR=0,89) et la protection contre l'infection palustre. Dans la cohorte TOLIMMUNPAL, les hauts niveaux d'IgG2 anti-GLURP R2 (p=0.05, OR=2.10) ont plutôt été associés au risque d'infection palustre. L'analyse fonctionnelle des IgG en utilisant le test GIA a révélé que l'infection par P. falciparum au moment du prélèvement affectait la capacité des IgG à inhiber la croissance parasitaire in vitro. Les IgG purifiées à partir d'échantillons collectés chez des individus infectés par P. falciparum avaient une capacité moyenne d'inhibition de la croissance parasitaire inférieure (p=0.003, Wilcoxon matched pairs test) de 19 % à celles purifiées à partir de plasmas d'enfants non infectés. Une corrélation inverse a été observée entre l'âge et la capacité des anticorps à inhiber l'invasion des globules rouges par le parasite. Aucune association entre les niveaux d'anticorps et leur capacité à inhiber le développement du parasite in vitro n'a été mis en évidence. Dans le cadre du développement du test Antibody-Dependent Respiratory Burst (ADRB), les cellules promyélocytaires de la lignée PLB 985W ont été utilisées. Ces cellules ont la capacité de se différencier en neutrophiles sous l'action du DMSO. Nos résultats ont montré que cette lignée a une faible capacité à produire les espèces réactives d'oxygène (ROS) comparés aux neutrophiles humains et les niveaux de ROS produits par cette lignée cellulaire sont insuffisants pour être utilisés dans le test ADRB. Nos résultats confortent le rôle important des antigènes candidats vaccins MSP1 et MSP2 dans la protection contre le paludisme. Cette relation est essentiellement établie au regard des quantités d’anticorps spécifiques produits, l’étude de fonctionnalité des anticorps employant le test GIA n’ayant pas permis de mettre en évidence de relation claire à la protection. (...) / The aim of this thesis was to study the role of antibodies in susceptibility or resistance to malaria in young Beninese children naturally exposed to malaria infections during their first two years of life. Two complementary projects (PALNOUGENENV and TOLIMMUNPAL) were implemented in Benin to identify individual factors of malaria susceptibility. The PALNOUGENENV cohort included 600 mothers at delivery and their children from birth to 18 months of age in order to study the effects of placental malaria infection in mothers on first occurrence of malaria infections in newborns. In the TOLIMMUNPAL cohort 400 mothers were included at the first antenatal visit and followed until delivery while their infants were followed from birth to 24 months in order to study environmental determinants, biological and genetic involved in the development of immune tolerance associated with malaria and its impact on the protection of pregnant women and infants. Specifically, the association between malaria infection and the level of antibodies specifically directed against the most advanced vaccine candidate antigens of the erythrocyte stage on one hand and the ability of antibodies to inhibit in vitro the development of P. falciparum on the other hand were investigated. Our results show an association in the cohort PALNOUGENENV between high levels of IgG1 to MSP1 19 vaccine candidate antigens (p <0.001, OR = 0.90) and IgG3 to MSP2 3D7 (p <0.001, OR = 0.89) and protection against malaria infection. In the TOLIMMUNPAL cohort, high levels of IgG2 to GLURP R2 (p = 0.05, OR = 2.10) were instead associated with an increased risk of malaria infection. Functional analysis of IgG using the GIA test revealed that the infection with P. falciparum at the sampling time affected the ability of IgG to inhibit parasite growth in vitro. The purified IgG from individuals infected with P. falciparum when the sample was collected had an average 19% lower capacity of inhibition of parasite growth (p = 0.003, Wilcoxon matched pairs test) than those that were uninfected at the time of sampling. An inverse correlation was found between age and the ability of antibodies to inhibit in vitro invasion of red blood cells by the parasite. There was no association between antibody levels and ability to inhibit the in vitro parasite development. In the development of the Antibody-Dependent Respiratory Burst (ADRB) assay, the promyelocytic cell line PLB 985W was used. These cells have the capacity to differentiate into neutrophils after exposure to DMSO. Our results showed a low ability of this cell line to produce reactive oxygen species (ROS) compared to human neutrophils and ROS levels produced by this cell line are insufficient to be used in the test ADRB. Our results confirm the important role of MSP1 19 and MSP2 3D7 vaccine candidate antigens in malaria protection. Although the levels of antibodies to MSP1 19 and MSP2 3D7 were associated with decrease risk of P. falciparum infection, the functional study of antibody using the GIA assay did not allow demonstrating the relationship to protection. Investigation on the functional role of antibodies is complex as IgG could act through multiple direct or indirect mechanisms. We will continue to investigate the functional role of antibody, particularly in plasma samples from our two birth cohorts by using the ADRB assay. Results will aid in providing new information to the existing knowledge gap and will help in malaria vaccine development.

Quatre études épidémiologiques menées en Afrique ont montré que les enfants issus de mères ayant un placenta infecté par Plasmodium falciparum lors de l’accouchement font des infections palustres plus précocement que les autres enfants. Le fœtus serait sensibilisé in utero par les parasites infectants et développerait par la suite une tolérance aux infections palustres. Cette hypothèse nous conduit à supposer que i) la réponse anticorps spécifique de P. falciparum est différente chez les enfants en fonction du statut infectieux du placenta des mères à l’accouchement et ii) que cette sensibilité ne pourrait être induite que par les antigènes parasitaires porteurs des mêmes polymorphismes que ceux rencontrés in utero. Un troisième projet a consisté au développement d’une méthodologie permettant de distinguer les anticorps maternels de ceux néo-synthétisés par l’enfant dans le but de mesurer précisément l’acquisition de la réponse anticorps élaborée par l’enfant dès son plus jeune âge. Nous avons mis en place le suivi régulier et rapproché d’une cohorte de 620 nouveau-nés de la naissance à 18 mois au Bénin. Nous avons mesuré leurs réponses anticorps dirigées contre sept antigènes de P. falciparum candidats vaccins et constaté que le processus de maturation immunitaire commence à être mis en place à l’âge de 18 mois. L’infection palustre placentaire ne semble pas influer sur l’acquisition de la réponse anticorps spécifique jusqu’à 18 mois de vie. La méthodologie de distinction des anticorps maternels et néo-synthétisés a été validée. La caractérisation des polymorphismes des antigènes parasitaires présents à l’accouchement et pendant le suivi des enfants, mis en relation avec les données environnementales, a permis de valider en partie l’hypothèse de tolérance immunitaire. / Four epidemiological studies showed that infants born from mothers with Plasmodium falciparum placental malaria at delivery present a higher susceptibility to plasmodial infections than others. In connection with this observation, we hypothesized that i) the infants’ P. falciparum specific antibody responses are different according to presence or absence of placental malaria at delivery in their mothers and ii) susceptibility could only be induced by antigens that bring the same polymorphisms as those found in infected mothers. Another project consisted to develop a new methodology to distinguish maternal and neonatal antibodies in order to measure accurately neo-synthesized antibodies in the first months of life. A birth cohort of 620 newborns was established in an area endemic for malaria. Infants were followed-up until 18 months of age and their antibody responses specific for 7 P. falciparum antigens were quarterly measured. The emergence of the immune maturation process was observed in 18-months-infants. The acquisition of specific antibody responses was not impacted by placental malaria. The new methodological approach leading to distinguish maternal and neonatal antibodies was validated. The genetic characterization of the parasite antigen polymorphisms in mothers at delivery and their infants during the follow-up, in link to environmental data, led partially to the validation of the immune tolerance hypothesis.

D'après le rapport de l'OMS en 2015, près de la moitié de la population mondiale est exposée au risque du paludisme et le plus grand nombre des cas recensés se trouve en Afrique subsaharienne. Madagascar fait partie des pays où le paludisme est encore endémique. La géographie et le climat de l'île se traduisent par une répartition assez particulière du paludisme. Les plus fortes incidences sont observées sur les littoraux alors que les plus faibles le sont sur les Hautes Terres Centrales. Cinq zones épidémiologiques et opérationnelles ont été définies par les services de lutte contre le paludisme : Est, Ouest, Sud, Hautes Terres et les Marges. Cette étude vise à apporter une meilleure compréhension de l'épidémiologie du paludisme et de mesurer l'impact des mobilités humaines sur la transmission des zones à forte transmission vers les zones à faible transmission afin de contribuer à mieux cibler les actions de contrôle par les acteurs de la santé publique. Elle offre une nouvelle approche permettant d'évaluer la dynamique spatio-temporelle du paludisme, de quantifier la circulation de l'infection palustre en tenant compte de la mobilité de la population par l’utilisation des données de téléphonie mobile et d'identifier les principales zones exportatrices et importatrices de la maladie. En premier lieu, à travers une analyse rétrospective des données d'incidence, ce travail a montré une hétérogénéité évidente dans chaque stratification épidémiologique et la recrudescence de la maladie sur les Hautes Terres et les Marges. En second lieu, indépendamment de la densité de la population, nous avons montré que les Hautes Terres et surtout la capitale Antananarivo sont une zone à fort risque d'importation de paludisme et que les zones exportatrices sont surtout situées à l'Est et à l'Ouest. Enfin, notre enquête de terrain a souligné l'importance d'une mobilité inter district faible et d'une mobilité intra district voire intra communale importante qui mériterait d'être prise en compte dans la mesure de la circulation de l'infection palustre. Cette étude a permis de mettre en lumière que le paludisme est très dynamique à Madagascar avec un degré d'intensité différent même si les zones appartiennent à la même stratification. Ce constat devrait se traduire par une adaptation des stratégies de lutte. Enfin, la mobilité humaine joue un rôle important dans la transmission. A l'heure où la téléphonie mobile s'est largement diffusée à Madagascar, son utilisation pour estimer le déplacement des populations devient un outil pertinent pour contribuer à orienter le contrôle des maladies. / According to the 2015 WHO report, almost half of the world population is exposed to malaria, with the largest number of reported cases in sub-Saharan Africa. Madagascar is one of the countries where malaria is still endemic because of its geographical location. As a matter of fact, the geography and climate of the island gives a specific epidemiological stratification of malaria. There are five malaria epidemiological zones: East, West, South, Highlands and Fringe. The highest incidence is observed on coastal areas, while the lowest incidence is observed on the Central Highlands. This study aims to provide a better understanding of the epidemiology of malaria and to measure the impact of human mobility on transmission from high transmission areas to low transmission areas in order to help better target control actions by public health actors. This study proposes an alternative approach to assess the spatiotemporal dynamics of malaria, quantify the circulation of malaria infection and take into account the mobility of the population to identify the main source and sink areas of malaria. Firstly, through a retrospective analysis of incidence data, this work showed a clear heterogeneity in each stratum, and an increase the Highlands and the Fringe areas. Secondly, regardless of the population density, we have shown that the Highlands and especially the capital of Madagascar, Antananarivo, was a zone at high risk of the importation of malaria. The source areas were mainly in the eastern and the western part of the country. Finally, our field survey highlighted the importance of low inter-district mobility and high intra-district or even intra-communal mobility which should be taken into consideration when assessing the spreading of malaria infection. This study revealed that malaria is very dynamic in Madagascar with a different degree of intensity even if such areas belong to the same stratum. This observation should translate into an adaptation of control strategies. Finally, human mobility plays a leading part in the transmission. At a time when mobile telephony has spread widely in Madagascar, its use to estimate the mobility of populations is becoming a relevant tool to help guide disease control.

L'objectif de cette étude est la modélisation, l'analyse mathématique et la simulation de modèles épidémiologiques de métapopulations basées sur quelques approches modernes de la mobilité (mouvement) des individus. Ensuite d'examiner l'influence de la mobilité des humains sur la propagation de certaines maladies infectieuses. Enfin de s'attaquer à la difficile question de l'existence de la stabilité des équilibres endémiques pour des modèles de métapopulations. Nous proposons des modèles de métapopulations qui étendent sur plusieurs patches des modèles épidémiologiques déjà connus sur un seul patch pour certaines maladies infectieuses telles que le Paludisme, la Tuberculose et certaines maladies sexuellement transmissibles qui ne confèrent aucune immunité. Nos modèles sont basés sur des modèles de mobilité des humains qui prennent des formes différentes conduisant à plusieurs approches de la modélisation des métapopulations : les formulations d'Euler, de Lagrange du mouvement des particules (ici des humains) empruntés à la Mécanique des Fluides et une dernière formulation statistique plus récente prenant en compte les degrés des patches du réseau de métapopulations. Nous en donnons chaque fois une analyse mathématique rigoureuse. Le cadre théorique mathématique qur lequel nous nous appuyonspour donner une analyse complète de nos modèles est celui des systèmes dynamiques triangulaires, monotones ou anti-monotones et l'usage des techniques de Lyapunov-Lasalle est indispensable. Dans les deux premières parties de ce travail, nous prouvons que les solutions stationnaires (équilibres) des modèles obtenus sont globalement asymptotiquement stable lorsque le nombre de reproduction de base R0<ou=1 (pour l'équilibre sans maladie) et lorsque R0>1 (pour l'unique équilibre endémique). Dans la dernière partie, nous construisons un modèle de propagation de la tuberculose en s'appuyant sur les deux types forces d'infections les plus utilisées en modélisation mathématique des épidémies : la transmission fréquente-dépendante et la transmission densité-dépendante. Nous donnons pour chaque type de modèle, la formule explicite du nombre de reproduction de base. Nous montrons ensuite pour le modèle fréquente-dépendante, que l'équilibre sans maladie est globalement asymptotiquement stable lorsque R0<1. Et que pour le modèle à transmission densité-dépendante, nous prouvons l'existence d'un équilibre endémique lorsque R0>1. A la fin de chaque partie, des simulations numériques sont effectuées pour examiner l'influence des la mobilité des individus sur le nombre de reproduction de base R0, sur les solutions de nos systèmes et par conséquent sur la propagation de la maladie en étude / The objective of this thesis is first the modeling, the mathematical analysis and numerical simulations of the metapopulation models of infectious diseases based on some modern approaches of the mobility patterns of humans. Secondly to examine the influence of the mobility (movement) of people on the spread of some human infectious diseases. Finally to deal with the difficult question of the existence and stability of endemic equilibria of metapopulation models. For certain diseases such as Malaria, Tuberculosis or some Sexually Transmitted Diseases that do not confer any immunity, we give some metapopulation models that extend to multiple patches the well know epidemiological models in one patch. Our models are based on the mobility patterns of humans wich can take different forms leading to numerous approaches of modeling metapopulations : the Euler approach of the movement of particles (here humans) as in Fluid Mechanics, is used in the first part. The Lagrange approach of the movement of particles (here humans) as in Fluid Mechanics, is used in the second part. The last and more recent approach based on Statistical Mechanics, wich takes into account the degree distribution of the network of the metapopulation is used in the third and last part of this work. For each approach, we build a metapopulation model for a chosen disease, and gve its mathematical analysis. The theoretical framework we use to analyze ou models is that of triangular, monotone or anti-monotone non-linear dynamical systems. We also use some Lyapunov-Lasalle techniques. In the fisrt two parts of our work, we prove that the steady solutions (called equilibria) of the given systems are globally asymptotically stable when the basic reproduction number R0 is less than or equal to the unity (for the disease free equilibria), and when R0 is greater than one (for the endemic equilibria). In the last part, we build a model to describe the spreading of tuberculosis hinging on the two most used forces of infection in mathematical modeling of epidemics : the frequency-dependant transmission and the density-dependant transmission. For each type of trasmission model, we give the explicit formula for the basic reproduction number. We prove for the frequency-dependant transmission model, that the disease free equilibrium is globally asymptotically stable when R0 is less than one. And for the density-dependant transmission model, we prove the existence of an endemic equilibrium when R0 is greater than one. Numerical simulations are performed at the end of each part to examine the influence of human's mobility on the basic reproduction number, as well as on the behavior of the solutions and consequently on the spreading patterns of the diseases under study

Les études longitudinales sur une longue période permettent d’échantillonner plusieurs fois le phénomène étudié et ainsi, avec des mesures répétées, dégager une tendance confirmée. Mais, dès lors, elles produisent de très larges bases de données épidémiologiques accompagnées de plus de sources de bruit par rapport aux études à observation unique ; et souvent, contiennent de la corrélation dans les mesures. Ici, nous avons présenté à travers cette thèse une étude de long terme des facteurs épidémiologiques et génétiques du paludisme menée dans deux cohortes familiales du Sénégal, l’une dans le village de Dielmo suivi pendant 19 années consécutives (1990 – 2008) et l’autre dans le village de Ndiop suivi pendant 16 années consécutives (1993 – 2008). L’objectif de ce travail de thèse a été de développer des méthodes d’analyse statistique pour identifier des gênes de susceptibilité / résistance au paludisme prenant en compte les relations familiales, les mesures répétées et des potentielles interactions génotypes – environnement dans l’évaluation des phénotypes. Par la suite, de tels phénotypes corrigés des facteurs identifiés comme potentielles sources de confusion et/ou de bruit ont été alors utilisés pour les tests de liaison et d’association génétique. Le phénotype principal étudié chez chaque volontaire a été la survenue ou non d’accès palustre, attribué à une infection au parasite Plasmodium falciparum, durant chaque trimestre de présence (PFA). Les études ont été menées de manière indépendante dans chacun des deux villages, de même que les analyses descriptives, l’estimation de la contribution génétique humaine et des effets individuels. Les tests de liaison et d’association génétique ont été réalisés par des méthodes familiales basées sur l’analyse de la transmission d’allèles des parents aux enfants (Transmission Disequilibrium Test). Ces méthodes sont connues pour être robustes par rapport au problème de la stratification de population et donc nous permettent d’augmenter la taille de notre échantillon dans les études de liaison et d’association génétique en analysant les deux villages en même temps. / Long term longitudinal surveys have the advantage to enable several sampling of the studied phenomena and then, with the repeated measures obtained, find a confirmed tendency. However, these long term surveys generate large epidemiological datasets including more sources of noise than normal datasets (e.g. one single measure per observation unit) and potential correlation in the measured values. Here, we studied data from a long-term epidemiological and genetic survey of malaria disease in two family-based cohorts in Senegal, followed for 19 years (1990–2008) in Dielmo and for 16 years (1993–2008) in Ndiop. The main objectives of this work were to take into account familial relationships, repeated measures as well as effect of covariates to measure both environmental and host genetic (heritability) impacts on the outcome of infection with the malaria parasite Plasmodium falciparum, and then use findings from such analyses for linkage and association studies. The outcome of interest was the occurrence of a P. falciparum malaria attack during each trimester (PFA). The two villages were studied independently; epidemiological analyses, estimation of heritability and individual effects were then performed in each village separately. Linkage and association analyses used family-based methods (based on the original Transmission Disequilibrium Test) known to be immune from population stratification problems. Then to increase sample size for linkage and association analyses, data from the two villages were used together.