Made available in DSpace on 2016-12-08T16:24:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PGCA14MA129.pdf: 560924 bytes, checksum: 728efdf249e90f0bd6744c133006c9a1 (MD5) Previous issue date: 2014-02-26 / Streptococcus suis is a important pathogen associated to many production and economical losses in the swine industry, in addition to its zoonotic importance. The aims of this study was evaluate the occurrence of Streptococcus suis type 2 in tonsil samples of healthy pigs at slaughter, comparing the bacterial isolation with PCR assay and to determine the presence of the EF factor (extracellular protein factor). Tonsil samples from 302 slaughtered pigs were collected from three abattoir. Isolation of S. suis was made in Columbia Blood Agar Base, and then bacterial phenotypic characterization was made using biochemical assays. The typification genus and species of the isolates was performed with the PCR technique for confirmation, and the presence of the capsular gene (type 2). In the comparison between the techniques, PCR was made directly from the tonsil samples for the 16SrRNA gene (S. suis), capsular genes (type 2) and also the ef gene. The pathogen was detected in 100% of the samples with the PCR, whereas only 84.1% were positive on the isolation technique. Upon confirmation of the S. suis isolates, four of them were negative to the 16S rRNA gene. PCR demonstrated higher sensibility on detecting the type 2 S. Suis, having 89.7% of positive samples against 88% from the isolates. The ef gene was detected in 28.4% of the samples, three of them being detected as the ef variant. Significant difference was found between the PCR and bacterial isolation for S. suis, detection demons that the molecular assay has a higher detection capability than isolation / Streptococcus suis é um patógeno responsável por muitas perdas produtivas e econômicas à suinocultura, além da importância zoonótica. O objetivo deste trabalho foi avaliar a ocorrência de Streptococcus suis tipo 2 a partir de tonsilas de suínos sadios no abate, comparando a técnica de isolamento bacteriano com a PCR e determinar a presença do fator protéico extracelular (EF). Foram coletadas tonsilas de 302 suínos provenientes de três frigoríficos, o isolamento foi realizado em Agar Sangue Columbia, após foi realizada a caracterização fenotípica. Esses isolados foram tipificados através da PCR para confirmação do gênero e da espécie, além da presença do gene capsular (tipo 2). Na comparação das técnicas foi realizado PCR diretamente das tonsilas para o gene 16S rRNA (S. suis), capsular (tipo 2) e também foi realizada pesquisa do gene ef (EF). Utilizando PCR diretamente das tonsilas, S. suis foi detectado em 100% das amostras, diferindo do isolamento em que 84,1% das amostras foram positivas. Na confirmação dos isolados sugestivos de S. suis, quatro deles foram negativos na PCR para o gene 16S rRNA. Na comparação para o tipo 2 a PCR demonstrou maior sensibilidade, detectando em 89,7% das tonsilas superando o isolamento, que detectou em 88% dos isolados. O gene ef foi detectado em 28,4% das amostras, sendo que em três amostras foi detectado o ef variante. Houve diferença significativa entre a PCR e o isolamento bacteriano para S. suis, demonstrando que a técnica molecular tem uma maior capacidade de detecção do que o isolamento

Streptococcus suis, l'une des principales bactéries pathogènes présentes chez les porcelets sevrés, est responsable d’importantes pertes économiques dans l'industrie porcine. Aujourd'hui, les vaccins autogènes composés de bactéries tuées (bactérines) sont principalement utilisés mais les études ayant mesuré leur effet chez les porcs sont rares et controversées. Cette étude a évalué la réponse immunitaire induite par ces vaccins sur le terrain en comparant la vaccination des truies (immunité passive transférée aux porcelets) et des porcelets (immunité active). L’étude utilisait une ferme ayant des problèmes récurrents à S. suis et était divisée en deux parties : I) Les porcelets de truies non vaccinées ont reçu 2 doses d'une bactérine autogène. II) Les truies ont reçu 2 doses du même vaccin durant la gestation. Les réponses en anticorps ont été analysées par ELISA et leur effet protecteur par un test d'opsonophagocytose (OPA). La vaccination des porcelets n'a pas induit de réponse immunitaire active même après deux doses. Dans la deuxième partie, des taux élevés d'anticorps (principalement d'origine maternelle) avec une importante activité OPA ont été observés chez les porcelets âgés d’environ 1 semaine, indépendamment de la vaccination des truies. Ils diminuaient à 3 semaines d’âge, période la plus à risque. Malgré une légère augmentation des anticorps chez les truies vaccinées, le transfert d'immunité maternelle aux porcelets restait identique. Globalement, un programme de vaccination actif ou passif de porcelet avec la bactérine autogène utilisée ici n'a pas induit de protection durable chez les porcelets post-sevrés. Une amélioration de la formulation du vaccin est requise. / Streptococcus suis, one of the most important bacterial pathogen in weaned piglets, is responsible for serious economic losses in the swine industry. Today, mostly autogenous vaccines composed of killed bacteria (bacterins) are used but studies that assessed their protective effect on pigs are missing and their ability to protect is controversial. This comparative field study evaluated the immunological response induced by these vaccines comparing vaccination of sows (passive immunity transferred to piglets) or piglets (active immunity). Using a sow herd with recurrent S. suis problems, the study was divided in two parts: I) Piglets from non-vaccinated sows received 2 doses of an autogenous bacterin. II) Sows received 2 doses of the same vaccine during gestation. Antibody responses were analyzed by ELISA and their protective effect was evaluated by an opsonophagocytosis assay (OPA). Piglet vaccination failed to induce an active immune response even after two vaccine doses. In the 2nd part of the study, high levels of antibodies (mainly maternal-derived) with marked OPA activity were observed in piglets at 1 week old approximately, independently of sow vaccination. These antibodies decreased at 3 weeks of age, in the post-weaning high-risk period. In spite of a slight increase of antibodies in vaccinated sows, maternal immunity transfer to piglets did not increase. Overall, an active or passive piglet vaccination program with the autogenous bacterin used herein failed to induce lasting protection in post-weaned piglets. An improvement of vaccine formulation may be required.

Einleitung Streptococcus (S.) suis verursacht bei Schweinen unter anderem Meningitis, Arthritis, Serositis und Endokarditis und ist eine der größten Herausforderungen für die Schweineindustrie. Von 29 beschriebenen Serotypen sind die Serotypen 2, 7 und 9 unter invasiven Isolaten weltweit besonders prävalent, vor allem in Europa. Bis heute gibt es keinen zugelassenen Impfstoff zur Prävention von S. suis-Erkrankungen in Europa, daher ist im Feld die Anwendung stallspezifischer Impfstoffe verbreitet. Diese bieten jedoch höchstens homologen Schutz und ihre Wirkung kann durch prädisponierende Faktoren wie eine Infektion mit dem porcine reproductive and respiratory syndrome Virus (PRRSV) beeinträchtigt werden. Daher hat sich die Forschung auf Antigene fokussiert, die potentiell heterologen Schutz vermitteln. Zielstellung Ziele der Studie waren die Charakterisierung vernachlässigter invasiver S. suis Pathotypen der wichtigen Serotypen 7 und 9 und die Etablierung neuer Infektionsmodelle im Schwein. Des Weiteren sollte die immunogene und protektive Wirkung des Immunoglobulin (Ig) M-degradierenden Enzyms von S. suis, IdeSsuis, im Serotyp 9 Infektionsversuch untersucht werden. Material und Methoden In dieser Arbeit wurden in vitro Versuche und experimentelle Infektionen im Schwein durchgeführt. Dazu gehörte die Geno- und Phänotypisierung von 22 S. suis Serotyp 7 Stämmen und vier Serotyp 9 Stämmen. Die Genotypisierung erfolgte mittels multiplex (MP) Polymerase-Kettenreaktion (PCR), einer PCR zur Differenzierung verschiedener Genvarianten des muramidase-release protein (MRP) sowie mittels multilocus sequence typing (MLST). Zur Phänotypisierung der S. suis Stämme wurden bactericidal assays eingesetzt, die als Bakteriämiemodell fungierten. Auf diese Weise konnten die Empfänglichkeit gegenüber S. suis Stämmen sowie deren Virulenz beurteilt werden. Durch Zugabe von rekombinantem (r) IdeSsuis wurde die Rolle adaptiven IgMs in der Begrenzung der Bakteriämie untersucht. Anhand von Western Blot Analysen erfolgte die Untersuchung der Expression und Funktionalität von IdeSsuis sowie die Expression von MRP in S. suis Serotyp 7 Stämmen. Enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) kamen zum Einsatz, um die Entwicklung von IgM und IgG Spiegeln in Ferkeln im zeitlichen Verlauf und die IgG Spiegel nach rIdeSsuis Immunisierung zu messen. Durch rIdeSsuis Immunisierung induzierte Antigen-spezifische T-Helferzellen (Th-Zellen) wurden mithilfe der Durchflusszytometrie untersucht. Schließlich erfolgte die Durchführung zweier S. suis Serotyp 7 Etablierungsversuche mit je 18 bzw. 5 Ferkeln sowie zwei S. suis Serotyp 9 Impf- und Infektionsversuche mit je 18 Ferkeln. Sektionsproben wurden histologisch untersucht. In einem Fall wurde eine Endokarditis mittels fluorescence in situ hybridization (FISH) charakterisiert. Ergebnisse Die meisten untersuchten Serotyp 7 Stämme gehörten dem Sequenztyp (ST) 29 an, einem emerging pathotype in Europa. Trotz der engen phylogenetischen Verwandtschaft, war mrp in den Stämmen sehr variabel. Phänotypisch bildeten alle Stämme gleichermaßen eine kleine MRP Variante, MRPs. Für vier ausgewählte Serotyp 7 Stämme wurde die Expression von IdeSsuis gezeigt, jedoch mit Unterschieden in Größe und Funktionalität. Bactericidal assays dieser vier Stämme zeigten starke Proliferation im Blut von Absatzferkeln, aber Abtöten im Blut von Läuferschweinen aus zwei Herden mit unterschiedlichem S. suis Status. Dieses Überlebensmuster unterschied sich deutlich von dem eines Serotyp 9 Stammes. Durch Zugabe von rIdeSsuis, konnte gezeigt werden, dass das Abtöten der Serotyp 7 Stämme im Blut von Läuferschweinen des infizierten Bestandes IgM-vermittelt war. Unabhängig von der Herkunft entwickelten sich die IgM Spiegel in den Ferkeln im zeitlichen Verlauf fast synchron. Schließlich konnte die Virulenz eines Serotyp 7 Stammes in einem intravenösen Infektionsversuch mit 5 Ferkeln gezeigt werden. Alle Tiere entwickelten schwere Symptome einer S. suis Erkrankung. In einem Impf- und Infektionsversuch mit einem hoch virulenten Serotyp 9 Stamm wurde die immunogene und protektive Wirkung einer rIdeSsuis Immunisierung untersucht. Neun Ferkel wurden mit rIdeSsuis oder einem Placebo prime-boost-boost immunisiert und zwei Wochen später infiziert. Neunzig Prozent der Placebotiere entwickelten schwere Symptome einer S. suis Erkrankung und starben oder mussten aus Tierschutzgründen euthanasiert werden. Alle geimpften Tiere überlebten den Versuch, fielen jedoch mit Fieber und Lahmheiten auf. Es konnte also gezeigt werden, dass eine rIdeSsuis Immunisierung vor Mortalität, nicht aber Morbidität durch den Infektionsstamm schützt. Alle immunisierten Ferkel serokonvertierten und Antigen-spezifische Th-Zellen wurden nachgewiesen. Weder die IgG Antwort noch die Th-Zell Antwort wurde jedoch durch die Infektion verstärkt. In einem weiteren Impf- und Infektionsversuch mit einem anderen Serotyp 9 Stamm fiel ein Tier am 11. Tag nach der Infektion mit Zeichen einer akuten Leptomeningitis auf, nachdem es zuvor klinisch völlig unauffällig war. In der Sektion des Tieres wurde eine Endokarditis der Mitralklappe diagnostiziert, die mit Biofilm-Bildung assoziiert war, was mithilfe von Histologie und FISH gezeigt werden konnte. Zusätzlich wurde eine fibrinopurulente Leptomeningitis diagnostiziert. Das Ferkel hatte Antikörper gegen rIdeSsuis und tötete den Infektionsstamm ex vivo im Blut ab. Schlussfolgerungen In dieser Arbeit habe ich zwei wichtige S. suis Pathotypen charakterisiert: S. suis Serotyp 7 Stämme des ST29 und einen hoch virulenten Serotyp 9 Stamm vom ST94. Die Serotyp 7 Stämme stellten einen besonderen Pathotypen dar, bei dessen Bekämpfung IgM eine wichtige Rolle spielt. Bei einer Serotyp 9 Infektion konnten trotz des Abtötens der Bakterien im Blut und opsonisierender Antikörper Biofilmbildung und eine folgende akute Leptomeningitis nicht verhindert werden. Letztlich wurde Schutz vor einem hoch virulenten Serotyp 9 Stamm durch rIdeSsuis Immunisierung und damit zum ersten Mal für ein Antigen Protektion vor den wichtigen Serotypen 2 und 9 aufgezeigt. Dies ist ein vielversprechendes Ergebnis hinsichtlich der Entwicklung eines Impfstoffes gegen S. suis. / Introduction Streptococcus (S.) suis causes meningitis, arthritis, serositis and endocarditis and is one of the biggest challenges for the swine industry. Of 29 described serotypes, the serotypes 2, 7 and 9 are highly prevalent amongst invasive S. suis isolates worldwide, especially in European countries. To date, no commercially produced vaccine is available in Europe for prevention of S. suis disease, thus the use of autogenous vaccines in the field is common. However, bacterins may at most confer homologous protection and their efficacy may be influenced by predisposing factors such as an infection with the porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV). Research has therefore focused on subunit vaccines with the potential to elicit cross-protection against various serotypes. Aim of the study The objective of this study was to characterize neglected invasive S. suis pathotypes of the important serotypes 7 and 9 and to establish infection models in the main host of S. suis, the pig. A further aim was to investigate immunogenicities and protective efficacies of the immunoglobulin (Ig) M-degrading enzyme of S. suis, IdeSsuis, in a serotype 9 challenge experiment. Materials and methods In vitro experiments and experimental challenges in swine were conducted as part of this thesis. This included the geno- and phenotyping of 22 S. suis serotype 7 strains and four serotype 9 strains. Genotyping was conducted using a multiplex (MP) polymerase chain reaction (PCR), a PCR for differentiation of variants of the muramidase-released protein (MRP) gene and multilocus sequence typing (MLST). For phenotyping of the S. suis strains, bactericidal assays were carried out which served as a model for bacteraemia. This way, susceptibility to S. suis strains and virulence of different strains was assessed. Further, through addition of recombinant (r) IdeSsuis, the role of adaptive IgM in limiting bacteraemia was elucidated. Western blot analyses were conducted to investigate expression and functionality of IdeSsuis as well as expression of MRP in S. suis serotype 7 strains. Enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) were used to determine the development of IgM and IgG levels in piglets over time and to assess IgG levels following rIdeSsuis immunization. Antigen-reactive T-helper (h) cells induced by rIdeSsuis immunization were investigated using flow cytometry. Finally, two experiments to establish a serotype 7 infection model with 18 and 5 piglets each and two vaccination and challenge experiments using different S. suis serotype 9 strains (n=18 piglets/ experiment) were conducted. Samples of dissected animals were examined histologically. In one case, an endocarditis was analysed using fluorescence in situ hybridization (FISH). Results Most of the investigated serotype 7 strains belonged to sequence type (ST) 29 which was thus shown to be an emerging pathotype in Europe. Despite the close phylogenetic relation of the strains, mrp was highly variable. Phenotypically, all strains expressed a small variant of MRP, MRPs. Four selected serotype 7 strains were shown to express IdeSsuis with differences in size and functionality. Bactericidal assays of these four strains revealed high proliferation in blood of weaning piglets but killing in blood of growing piglets of two herds which differed in their S. suis infection status. This survival pattern was distinct from a serotype 9 strain. Addition of rIdeSsuis revealed that killing of the serotype 7 strains in blood of growing piglets of the infected herd was IgM-mediated. Independent of the originating herd, IgM levels of the piglets rose almost synchronous over time. Finally, the virulence of a serotype 7 strain was proven in an intravenous challenge experiment with five pigs which all developed severe clinical signs of S. suis disease. In a vaccination and challenge experiment using a highly virulent serotype 9 strain, immunogenicities and protective efficacies of rIdeSsuis immunization were investigated. Nine piglets were prime-boost-boost vaccinated with rIdeSsuis or placebo-treated and challenged two weeks later. Ninety per cent of the placebo-treated piglets developed severe clinical signs of S. suis disease and died or had to be euthanized due to animal welfare reasons. All vaccinated piglets survived the experiment, however elevated body temperatures and lameness were also noted in this group. Accordingly, rIdeSsuis vaccination protected from mortality but not morbidity caused by the challenge strain. Seroconversion of the immunized piglets and antigen-reactive Th cells were detected. Neither the IgG response nor the Th cell response was boosted through the challenge. In a further vaccination and challenge experiment with a different serotype 9 strain, one animal was clinically unobtrusive following infection and then developed an acute leptomeningitis on the 11th day post infection and had to be euthanized. Dissection of the animal revealed an endocarditis on the mitral valve which was proven to be associated with biofilm formation by histology and FISH. In addition, a fibrinosuppurative leptomeningitis was diagnosed. The piglet had specific antibodies against rIdeSsuis and mediated killing of the challenge strain in a bactericidal assay. Conclusions In this thesis, I characterized two important pathotypes: S. suis serotype 7 strains of ST29 and a highly virulent serotype 9 strain of ST94. The serotype 7 strains represent a distinct pathotype and IgM plays a significant role in their control. Following a serotype 9 infection, biofilm formation and a subsequent acute leptomeningitis could not be prevented despite blood bactericidal activity and opsonizing antibodies. Finally, protection against challenge with a highly virulent serotype 9 strain through rIdeSsuis immunization was demonstrated. Thereby, for the first time an antigen was shown to confer cross-protection against the important serotypes 2 and 9, which is highly encouraging regarding the development of a vaccine against S. suis.

In der Schweinehaltung sind Erkrankungen des Bewegungsapparates und des Zentralnervensystems neben Erkrankungen des Gastrointestinal- und Respirationstraktes von größter Bedeutung hinsichtlich der Betriebswirtschaftlichkeit und des Wohlergehens der Tiere. Infektionen durch verschiedene bakterielle Erreger sind hierbei die häufigste Ursache. Über die altersabhängige Häufigkeitsverteilung der Erreger sind allerdings keine jüngeren Studien veröffentlicht. Streptococcus (S.) suis verursacht beim Schwein neben Polyarthritiden und Meningitiden auch Septikämien, Endokarditiden und plötzliche Todesfälle. Weltweit sind die Serotypen 1 bis 9 unter den invasiven Isolaten besonders prävalent. In Europa und auch Deutschland dominieren die Serotypen 2 und 9. Obwohl eine Vielzahl von Publikationen zur molekularen Pathogenese von S.-suis-Infektionen erschienen sind, sind die Infektionswege, die zur Bakteriämie führen, nicht hinreichend geklärt. Während beim Schwein als Eintrittspforte der Nasopharynx, die Tonsillen oder der obere Respirationstrakt angenommen wird, wird beim Menschen der Eintritt des Erregers über eine verletzte Hautregionen nach Kontakt mit infektiösen Tieren oder Tierprodukten oder über den oralen Weg beim Verzehr von nicht oder unzureichend gegartem Schweinefleisch postuliert. Zwar konnte der gastrointestinale Infektionsweg beim Schwein unter Ausschluss des Magens experimentell bestätigt werden, aber inwieweit diese Eintrittspforte unter Feldbedingungen eine Rolle spielt, ist bisher unklar. Zum einen war das Ziel dieser Studie, die Häufigkeit verschiedener bakterieller Erreger, die Arthritis und Erkrankungen des Zentralnervensystems (ZNS) bei Schweinen verursachen, unter Berücksichtigung des Alters der Tiere und des Pathotyps von S. suis zu untersuchen. Zur Differenzierung des Pathotyps sollten die Gene der Kapselbiosynthese und die Gene der Virulenz-assoziierten Faktoren Suilysin (sly), Muramidase-released Protein (mrp) und Extracellular Factor (epf) nachgewiesen werden. Zum anderen sollte durch die Untersuchung einer Reihe von Lymphknoten der Schweine überprüft werden, I) ob sich S. suis bei Feldinfektionen im Lymphknoten von Schweinen nachweisen lässt, II) ob durch die Untersuchung der Lymphknoten die Eintrittspforte des Erregers eingegrenzt werden kann und III) ob sich Hinweise für den gastrointestinalen Infektionsweg finden. Für die vorliegende Arbeit wurden zwischen Mai 2016 und Juli 2017 insgesamt 201 Schweine seziert, die schwerpunktmäßig aus Nordwestdeutschland stammten und nach dem Vorbericht klinisch mit Gelenkserkrankungen, oder zentralnervösen Symptomen aufgefallen oder plötzlich verendet waren. Pathologisch-anatomische Veränderungen der Gelenke und des ZNS wurden pathohistologisch verifiziert. Gelenk- und Hirnhauttupfer, Niere, Lobus medius der Lunge, Tonsilla veli palatini, Nl. cervicalis superficialis dorsalis dexter, Nl. bifurcationis medius, Nl. gastricus, Nl. jejunalis, Nl. ileocolicus, Nl. colicus, Nl. iliacus medialis dexter und Nl. inguinalis superficialis dexter wurden kulturell untersucht und isolierte Erreger molekularbiologisch identifiziert. Die Bestimmung des Kapseltyps 1 oder 14, 2 oder 1/2, 4, 7 und 9 sowie der oben genannten virulenzassoziierten Faktoren von S. suis erfolgte mittels Multiplex-Polymerase-Kettenreaktion. S. suis war bei den erregerpositiven Gelenk- (70,8 %) und Hirnhauttupfern (85,4 %) der untersuchten Schweine der bei Weitem häufigste Erreger und war in beiden Lokalisationen bei Saug- und Absetzferkeln am häufigsten nachzuweisen. Nach molekulargenetischer Serotypisierung der 677 S.-suis-Isolate konnten 572 Isolate einem der untersuchten Kapseltypen zugeordnet werden, wobei cps-Typ 2 oder 1/2 mit 35,6 % (n=241) und 9 mit 32,3 % (n=219) dominierten. Bei Saugferkeln zählten die S.-suis-Isolate am häufigsten zu den cps-Typen 1 oder 14 und 7, während beim Absetzferkel die cps-Typen 2 oder 1/2 und 9 am häufigsten nachzuweisen waren. Der Genotyp mrp+ sly+ epf+ cps2 oder 1/2 und der Genotyp mrp+ sly+ epf- cps9 traten bei 70,0 % bzw. fast der Hälfte der Tiere (44,9 %), bei denen der jeweilige Genotyp nachweisbar war, in mehr als drei Lokalisationen auf sowie bei jeweils 18 Tieren in mehr als zwei Lymphknoten gleichzeitig. S. suis war mit einer Nachweisrate zwischen 13,9 % (n=28) im Nl. ileocolicus und 20,4 % im Nl. cervicalis superficialis dorsalis dexter in allen untersuchten Lymphknoten einschließlich der mesenterialen (15,8 %; n=121/765) nachweisbar, wobei der cps-Typ 2 oder 1/2 mit 38,5 % (n=104) und 9 mit 40,0 % (n=108) dominierten. Im Nl. gastricus war der Anteil der Kapseltypen, die keinem der untersuchten cps-Typen entsprachen, mit 26,5 % (n=9) vergleichsweise hoch. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie sind auf die selektierte Studienpopulation begrenzt, da keine repräsentative Stichprobe untersucht wurde. Dennoch bestätigen die Ergebnisse die Bedeutsamkeit von S. suis als wichtigstem Erreger von Arthritiden und Meningitiden beim Schwein und insbesondere beim Absetzferkel. Dabei wurden altersspezifische Unterschiede bezüglich der am häufigsten nachweisbaren Kapseltypen festgestellt. Bei einer systemischen Infektion mit Nachweis des Erregers in mehreren Lymphknoten konnte die Untersuchung der Lymphknoten nicht zur Klärung der Eintrittspforte von S. suis beitragen. Die Ergebnisse legen aber nahe, dass eine gastrointestinale Translokation bei Feldinfektionen vorkommen kann, allerdings finden sich keine Hinweise für eine große Relevanz des gastrointestinalen Infektionsweges. / In pigs, diseases of the locomotor and central nervous system (CNS), as well as diseases of the gastrointestinal and respiratory tract, are of major importance in regard to economic efficiency and animal welfare. Bacterial infections are the most common cause. However, no recent studies have been published on the age-dependency of these pathogens. In pigs, Streptococcus (S.) suis can cause polyarthritis, meningitis, as well as septicemia, endocarditis and sudden death. Serotypes 1 to 9 of the bacteria are particularly prevalent among the invasive isolates worldwide whilst serotypes 2 and 9 dominate in Europe and Germany. Although a large number of publications have been published on the molecular pathogenesis of S. suis infections, the infection pathways leading to bacteremia have not been fully demonstrated. In pigs, the nasopharynx, tonsils, or upper respiratory tract are assumed to be the portal of entry for S. suis, whilst in humans the portal of entry for the pathogen is postulated to be via a contact of injured skin with infectious animals or animal products, or via the oral route as a result of eating raw or undercooked pork. Although the gastrointestinal route of infection in pigs has been confirmed experimentally with the exclusion of the stomach, its role in the field is still unclear. One aim of this study was to determine the frequency of various bacterial pathogens that cause arthritis and diseases of the CNS in pigs, taking into account the age of the animals and the pathotype of S. suis. Detection of capsular biosynthesis genes and genes of virulence-associated factor suilysin (sly), muramidase-released protein (mrp), and extracellular factor (epf) are used to differentiate the pathotype. Another aim of this study was to investigate whether S. suis can be detected in the lymph nodes of naturally infected pigs and whether the examination of the lymph nodes can be used to narrow down the portal of entry, and especially whether there are any indications of the gastrointestinal route of infection. Between May 2016 and July 2017, a total of 201 pigs, with clinical history of joint disease, meningitis or sudden death, mainly from north-west Germany, were necropsied for the study. Pathological-anatomical changes in the joints and the CNS were verified pathohistologically. Joint and meningeal swabs, as well as kidney, Lobus medius of the lung, Tonsilla veli palatini, Nl. cervicalis superficialis dorsalis dexter, Nl. bifurcationis medius, Nl. gastricus, Nl. jejunalis, Nl. ileocolicus, Nl. colicus, Nl. iliacus medialis dexter and Nl. inguinalis superficialis dexter were examined culturally and isolated pathogens were identified using polymerase chain reaction. The capsule typing of S. suis was carried out using the multiplex polymerase chain reaction (1 or 14, 2 or 1/2, 4, 7 or 9) including the detection of the described genes of virulence-associated factors mrp, sly and epf. S. suis was determined to be the most important pathogen in the pathogen-positive joint (70.8%) and meningeal swabs (85.4%) of the examined pigs and was most frequently detected in both locations in suckling and weaning piglets. After molecular genetic serotyping of the 677 S. suis isolates, 572 isolates could be assigned to one of the examined types of capsule (1 or 14, 2 or 1/2, 4, 7 and 9), with cps-type 2 or 1/2 35.6% (n=241) and 9 32.3% (n=219) being the most dominating cps types. In suckling piglets, the S. suis isolates were most frequently cps-types 1 or 14 and 7, while cps-types 2 or 1/2 and 9 were most frequently detected in weaning piglets. The genotype mrp+ sly+ epf+ cps2 or 1/2 occurred in more than three locations in 70.0% of the animals and genotype mrp+ sly+ epf- cps9 in almost half of the animals (44.9%) that were positive for the respective genotype and in 18 animals in more than two lymph nodes simultaneously. S. suis was detected with a detection rate ranging from 13.9% (n=28) in the Nl. ileocolicus to 20.4% in the Nl. cervicalis superficialis dorsalis dexter in all examined lymph nodes including the mesenteric lymph nodes (15.8%; n=121/765), with cps-types 2 or 1/2 38.5% (n=104) and 9 40.0% (n=108) being the most dominating cps types. In the Nl. gastricus, the proportion of S. suis isolates that did not correspond to any of the examined cps types was comparatively high 26.5% (n=9). The results of the present study are limited by the selected study population as no representative sample was examined. Nonetheless, the results highlight the importance of S. suis as a causative agent of arthritis and meningitis in pigs and especially in weaning piglets. There are age-specific differences concerning the frequency of the detectable cps types. In case of systemic infection with detection of the pathogen within multiple locations, the examination of the lymph nodes could not help clarify the portal of entry for S. suis. The results suggest that gastrointestinal translocation may occur in naturally infected pigs, but there are no indications that the gastrointestinal route of infection is of great relevance.

La prévalence de Streptococcus suis, notamment du sérotype 2, à l’échelle mondiale pose de grands problèmes à l’industrie porcine ainsi qu’à la santé publique. La compréhension des mécanismes immunitaires permettant alors de lutter contre cette bactérie devient un atout majeur dans le développement des vaccins. S. suis dispose cependant d’un puissant arsenal pour contrer ces mécanismes. Enveloppé d’une capsule polysaccharidique (CPS), cette bactérie résiste à la phagocytose, à moins que certaines cellules soient en mesure de produire des anticorps opsonisants. Par chance, au sein de la rate, en périphérie du follicule, une zone nommée la « zone marginale » regroupe des lymphocytes B spécialisés dans la réponse aux bactéries encapsulées et aux antigènes polysaccharidiques. Ceci sans l’intervention des lymphocytes T auxiliaires, contrairement aux lymphocytes B se trouvant à l’intérieur du follicule, qui interviennent dans une réponse plus dirigée contre des antigènes protéiques. L’objectif général de ce mémoire est donc l’étude de la réponse anticorps dite « extrafolliculaire » que les LB-MZ sont suspectés d’orchestrer lors d’une infection à S. suis. En premier lieu nous avons déterminé la cinétique de différentiation en plasmocytes des LB-MZ (LB-MZ) lors de l’infection par S. suis. Puis nous avons étudié la fonctionnalité et le type d’anticorps produits par ces LB-MZ. Les présents travaux ont démontré toute l’importance des LB-MZ dans l’élimination de la bactérie ou dans le ralentissement de sa dissémination systémique durant les premiers stades de l’infection, notamment grâce à un environnement propice à la différenciation en plasmocytes. Les principaux anticorps produits à cet effet étaient de classe IgM et dirigés contre des antigènes de la CPS. Nos résultats éclairent un peu plus la voie, et permettent d’imaginer des options pour le développement des vaccins qui activeraient spécifiquement cette réponse extrafolliculaire efficace. / The worldwide prevalence of Streptococcus suis, particularly serotype 2, poses major problems for the pig industry and public health. Understanding the immune mechanisms involved in combating this bacterium is becoming a major asset in the development of vaccines. However, S. suis has a powerful arsenal at its disposal to counter these mechanisms. Enveloped in a polysaccharide capsule (CPS), this bacterium resists phagocytosis unless certain cells can produce opsonising antibodies. Fortunately, within the spleen, at the periphery of the follicle, a zone known as the "marginal zone" contains B lymphocytes specialised in responding to encapsulated bacteria and polysaccharide antigens. This is without the intervention of T helper lymphocytes, unlike the B lymphocytes inside the follicle, which are involved in a response more directed against protein antigens. The general objective of this thesis is therefore to study the so-called 'extrafollicular' antibody response that LB-MZ are thought to orchestrate during S. suis infection. We first determined the kinetics of LB-MZ differentiation into plasma cells during S. suis infection. We then studied the functionality and type of antibodies produced by these LB-MZs. This work has demonstrated the importance of LB-MZ in eliminating the bacterium or slowing down its systemic dissemination during the early stages of infection, thanks to an environment conducive to differentiation into plasma cells. The main antibodies produced for this purpose were IgM class antibodies directed against CPS antigens. Our results shed a little more light on the pathway, and allow us to imagine options for the development of vaccines that would specifically activate this effective extrafollicular response.

Swine stocks are endemically infected with the major porcine pathogen Streptococcus (S.) suis. The factors governing the transition from colonizing S. suis residing in the tonsils and the exacerbation of disease have not yet been elucidated. We analyzed the sudden death of fattening pigs kept under extensive husbandry conditions in a zoo. The animals died suddenly of septic shock and showed disseminated intravascular coagulopathy. Genotypic and phenotypic characterizations of the isolated S. suis strains, a tonsillar isolate and an invasive cps type 2 strain, were conducted. Isolated S. suis from dead pigs belonged to cps type 2 strain ST28, whereas one tonsillar S. suis isolate harvested from a healthy animal belonged to ST1173. Neither S. suis growth, induction of neutrophil extracellular traps, nor survival in blood could explain the sudden deaths. Reconstituted blood assays with serum samples from pigs of different age groups from the zoo stock suggested varying protection of individuals against pathogenic cps type 2 strains especially in younger pigs. These findings highlight the benefit of further characterization of the causative strains in each case by sequence typing before autologous vaccine candidate selection.

Streptococcus suis de type 2 est un microorganisme pathogène d’importance chez le porc. Il est la cause de différentes pathologies ayant comme caractéristique commune la méningite. C’est également un agent émergeant de zoonose : des cas cliniques humains ont récemment été rapportés en Asie. Cependant, la pathogénèse de S. suis n’est pas encore complètement élucidée. Jusqu’à présent, la réponse pro-inflammatoire initiée par S. suis n’a été étudiée qu’in vitro. L’étude du choc septique et de la méningite requiert toujours des modèles expérimentaux appropriés. Au cours de cette étude, nous avons développé un modèle in vivo d’infection chez la souris qui utilise la voie d’inoculation intra-péritonéale. Ce modèle a servi à l’étude de la réponse pro-inflammatoire associée à ce pathogène, tant au niveau systémique qu’au niveau du système nerveux central (SNC). Il nous a également permis de déterminer si la sensibilité aux infections à S. suis pouvait être influencée par des prédispositions génétiques de l’hôte. Le modèle d’infection par S. suis a été mis au point sur des souris de lignée CD1. Les résultats ont démontré une bactériémie élevée pendant les trois jours suivant l’infection. Celle-ci était accompagnée d’une libération rapide et importante de différentes cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) et de chémokines (KC, MCP-1 and RANTES), qui ont entraîné un choc septique et la mort de 20 % des animaux. Ensuite, pour confirmer le rôle de l’inflammation sur la mortalité et pour déterminer si les caractéristiques génétiques de l’hôte pouvaient influencer la réponse inflammatoire et l’issue de la maladie, le modèle d’infection a été étendu à deux lignées murines consanguines différentes considérées comme résistante : la lignée C57BL/6 (B6), et sensible : la lignée A/J. Les résultats ont démontré une importante différence de sensibilité entre les souris A/J et les souris B6, avec un taux de mortalité atteignant 100 % à 20 h post-infection (p.i.) pour la première lignée et de seulement 16 % à 36 h p.i. pour la seconde. La quantité de bactéries dans le sang et dans les organes internes était similaire pour les deux lignées. Donc, tout comme dans la lignée CD1, la bactériémie ne semblait pas être liée à la mort des souris. La différence entre les taux de mortalité a été attribuée à un choc septique non contrôlé chez les souris A/J infectées par S. suis. Les souris A/J présentaient des taux exceptionnellement élevés de TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN- γ, significativement supérieurs à ceux retrouvés dans la lignée B6. Par contre, les niveaux de chémokines étaient similaires entre les lignées, ce qui suggère que leur influence est limitée dans le développement du choc septique dû à S. suis. Les souris B6 avaient une production plus élevée d’IL-10, une cytokine anti-inflammatoire, ce qui suppose que la cascade cytokinaire pro-inflammatoire était mieux contrôlée, entraînant un meilleur taux de survie. Le rôle bénéfique potentiel de l’IL-10 chez les souris infectées par S. suis a été confirmé par deux approches : d’une part en bloquant chez les souris B6 le récepteur cellulaire à l’IL-10 (IL-10R) par un anticorps monoclonal anti-IL-10R de souris et d’autre part en complémentant les souris A/J avec de l’IL-10 de souris recombinante. Les souris B6 ayant reçu le anticorps monoclonal anti-IL-10R avant d’être infectées par S. suis ont développé des signes cliniques aigus similaires à ceux observés chez les souris A/J, avec une mortalité rapide et élevée et des taux de TNF-α plus élevés que les souris infectées non traitées. Chez les souris A/J infectées par S. suis, le traitement avec l’IL-10 de souris recombinante a significativement retardé l’apparition du choc septique. Ces résultats montrent que la survie au choc septique dû à S. suis implique un contrôle très précis des mécanismes pro- et anti-inflammatoires et que la réponse anti-inflammatoire doit être activée simultanément ou très rapidement après le début de la réponse pro-inflammatoire. Grâce à ces expériences, nous avons donc fait un premier pas dans l’identification de gènes associés à la résistance envers S. suis chez l’hôte. Une des réussites les plus importantes du modèle d’infection de la souris décrit dans ce projet est le fait que les souris CD1 ayant survécu à la septicémie présentaient dès 4 jours p.i. des signes cliniques neurologiques clairs et un syndrome vestibulaire relativement similaires à ceux observés lors de méningite à S. suis chez le porc et chez l’homme. L’analyse par hybridation in situ combinée à de l’immunohistochimie des cerveaux des souris CD1 infectées a montré que la réponse inflammatoire du SNC débutait avec une augmentation significative de la transcription du Toll-like receptor (TLR)2 et du CD14 dans les microvaisseaux cérébraux et dans les plexus choroïdes, ce qui suggère que S. suis pourrait se servir de ces structures comme portes d’entrée vers le cerveau. Aussi, le NF-κB (suivi par le système rapporteur de l’activation transcriptionnelle de IκBα), le TNF-α, l’IL-1β et le MCP-1 ont été activés, principalement dans des cellules identifiées comme de la microglie et dans une moindre mesure comme des astrocytes. Cette activation a également été observée dans différentes structures du cerveau, principalement le cortex cérébral, le corps calleux, l’hippocampe, les plexus choroïdes, le thalamus, l’hypothalamus et les méninges. Partout, cette réaction pro-inflammatoire était accompagnée de zones extensives d’inflammation et de nécrose, de démyélinisation sévère et de la présence d’antigènes de S. suis dans la microglie. Nous avons mené ensuite des études in vitro pour mieux comprendre l’interaction entre S. suis et la microglie. Pour cela, nous avons infecté des cellules microgliales de souris avec la souche sauvage virulente (WT) de S. suis, ainsi qu’avec deux mutants isogéniques, un pour la capsule (CPS) et un autre pour la production d’hémolysine (suilysine). Nos résultats ont montré que la capsule était un important mécanisme de résistance à la phagocytose pour S. suis et qu’elle modulait la réponse inflammatoire, en dissimulant les composants pro-inflammatoires de la paroi bactérienne. Par contre, l’absence d’hémolysine, qui est un facteur cytotoxique potentiel, n’a pas eu d’impact majeur sur l’interaction de S. suis avec la microglie. Ces études sur les cellules microgliales ont permis de confirmer les résultats obtenus précédemment in vivo. La souche WT a induit une régulation à la hausse du TLR2 ainsi que la production de plusieurs médiateurs pro-inflammatoires, dont le TNF-α et le MCP-1. S. suis a induit la translocation du NF-kB. Cet effet était plus rapide dans les cellules stimulées par le mutant déficient en CPS, ce qui suggère que les composants de la paroi cellulaire représentent de puissants inducteurs du NF-kB. De plus, la souche S. suis WT a stimulé l’expression de la phosphotyrosine, de la PKC et de différentes cascades liées à l’enzyme mitogen-activated protein kinase (MAPK). Cependant, les cellules microgliales infectées par le mutant déficient en CPS ont montré des profils de phosphorylation plus forts et plus soutenus que celles infectées par le WT. Finalement, la capsule a aussi modulé l’expression de l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) induite par S. suis et par la production subséquente d’oxyde nitrique par la microglie. Ceci pourrait être lié in vivo à la neurotoxicité et à la vasodilatation. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes sous-tendant l’induction de l’inflammation par S. suis, ce qui devrait permettre, d’établir éventuellement des stratégies plus efficaces de lutte contre la septicémie et la méningite. Enfin, nous pensons que ce modèle expérimental d’infection chez la souris pourra être utilisé dans l’étude de la pathogénèse d’autres bactéries ayant le SNC pour cible. / Streptococcus suis serotype 2 is an important swine pathogen responsible for diverse infections, meningitis being its most striking feature. In addition, it is an emerging agent of zoonosis, which has gained worldwide attention due to important outbreaks in Asia. Understanding the pathogenesis of S. suis infections still represents a challenge. Up to present, the pro-inflammatory response due to S. suis has only been studied in vitro, and there is still a great need of appropriate experimental models for both septic shock and meningitis. In the present study, we successfully developed an in vivo model of S. suis infection in adult mice infected by the intraperitoneal route. This model served to investigate the pro-inflammatory events that take place at both the systemic and Central Nervous System (CNS) levels associated with this important pathogen. In addition, this model was useful to determine if susceptibility to S. suis infection may be influenced by the genetic background of the host. The mouse model of S. suis infection was standardized in CD1 mice. Results showed sustained bacteremia during the 3 days post-infection (p.i.), accompanied by a quick and substantial release of different pro-inflammatory cytokines (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) and chemokines (KC, MCP-1 and RANTES) that lead to septic shock and 20% mortality in mice. Once the hallmark of the septic phase of S. suis infection was established in CD1 mice, research continued with the objective to confirm the role of inflammation in mortality and to determine if the genetic background of the host may influence the inflammatory response toward this pathogen and the further outcome of the disease. For this, the mouse model of S. suis infection was used with two genetically different inbred mouse strains, this is, C57BL/6 (B6) and A/J mice, which are considered as the prototype of Th1-type and Th2-type mice, respectively. Results demonstrated a striking susceptibility to S. suis infection in A/J mice in comparison to B6 mice, with 100% mortality in the former mice strain at 20 h p.i., and 16 % mortality at 36 h p.i. for the latter. Very interestingly, and similarly to CD1 mice, bacteremia did not seem to be responsible for the death of mice, as both mice strains presented similar amounts of bacteria in blood and organs. Thus, it was postulated that the higher mortality in S. suis-infected A/J mice was due to uncontrolled septic shock. In fact, A/J mice presented very high levels of TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN-ɣ, that significantly exceeded those found in B6 mice. Remarkably, chemokine levels were similar between strains, suggesting their limited participation in the development of septic shock by S. suis. A greater survival of B6 mice was partially related to a better regulation of the pro-inflammatory cytokine cascade, as they showed a higher production of the anti-inflammatory cytokine IL-10 than A/J mice. The potential beneficial role of the IL-10 in mice infected with S. suis was confirmed using two approaches: the first, by blockage of the cell receptor of IL-10 (IL-10R) with an anti-mouse IL-10R monoclonal antibody (Mab) in B6 mice and the second by administrating recombinant mouse (rm)IL-10 (rmIL-10) to A/J mice. B6 mice that received the IL-10R MAb treatment before challenge with S. suis developed a clinical acute disease similar to that observed with A/J mice, with a striking and rapid increase in mortality and higher levels of TNF-α in comparison to those of infected mice that did not receive the treatment. Controversially, treatment with rmIL-10 significantly delayed the onset of septic shock in A/J mice infected with S. suis. These results show that survival from S. suis septic shock requires a tight regulation of pro- and anti-inflammatory mechanisms, and that the latter should be activated at the same time or soon after the onset of the pro-inflammatory response. This part of the study may represent a first step in the identification of host genes associated with resistance against S. suis. One of the most important achievements of the mouse model of infection described in this project is the development of distinct clinical signs of neurological disease in CD1 mice from 4 days p.i. Indeed, in CD1 mice that survived sepsis due to S. suis infection, clinical signs of neurological disease and vestibular syndrome, which are quite similar to those observed in clinical cases of S. suis meningitis in both pigs and humans, were observed. Studies of the brains of infected CD1 mice using in situ hybridization combined with immunocytochemistry, demonstrated that the CNS inflammatory response began with a significant increase in the transcription of Toll-like receptor (TLR)2 and CD14 initially in the brain microvasculature and choroid plexuses, suggesting that S. suis may use these structures as portals of entry to the brain. There also was activation of NF-κB (as indicated by transcriptional activation of IκBα as a reporter system) and TNF-α, IL-1β and MCP-1, mainly in cells identified as microglia and to a lesser extent in astrocytes. These signals reached different brain structures, mainly the brain cortex, corpus callosum, hippocampus, choroid plexuses, thalamus, hypothalamus and meninges. All of these pro-inflammatory events were associated with extensive areas of inflammation and necrosis, severe demyelination and presence of antigens of S. suis inside microglia. In vitro studies were conducted in order to better understand the interactions of S. suis and microglia. For this, mouse microglia were infected with a virulent wild type (WT) strain of S. suis. Two isogenic mutants deficient in capsule (CPS) or hemolysin production (suilysin, SLY) respectively, were also included for comparative purposes. The CPS was important for S. suis resistance to phagocytosis, and it also modulated the inflammatory response by hiding pro-inflammatory components from the bacterial cell wall. On the other hand, the absence of SLY, a potential cytotoxic factor, did not have a major impact on S. suis interactions with microglia. Studies with microglia helped to confirm previous findings in vivo in mice, as the WT S. suis strain induced the up-regulation of TLR2 and the production of several pro-inflammatory mediators, including TNF-α and MCP-1. As observed in mice, S. suis induced NF-kB translocation, which was more rapid for cells stimulated with the CPS-deficient mutant, suggesting that bacterial cell wall components are potent inducers of NF-kB. Moreover, WT S. suis promoted phosphotyrosine, PKC and different mitogen-activated protein kinase (MAPK) events. However, microglia infected with the CPS-deficient mutant showed overall stronger and more sustained phosphorylation profiles. Finally, the CPS also modulated S. suis-induced inducible nitrogen oxide synthase (iNOS) expression and further nitric oxide production in microglia, which could be related to neurotoxicity and vasodilatation in vivo. We are confident that our results may help to more fully understand the mechanisms underlying S. suis induction of inflammation, leading to the design of more efficient anti-inflammatory strategies for sepsis and meningitis. Finally, we believe this experimental model of infection in mice could also be useful for studying the pathogenesis of infections of the CNS, due to other bacteria.

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Streptococcus suis de type 2 est un microorganisme pathogène d’importance chez le porc. Il est la cause de différentes pathologies ayant comme caractéristique commune la méningite. C’est également un agent émergeant de zoonose : des cas cliniques humains ont récemment été rapportés en Asie. Cependant, la pathogénèse de S. suis n’est pas encore complètement élucidée. Jusqu’à présent, la réponse pro-inflammatoire initiée par S. suis n’a été étudiée qu’in vitro. L’étude du choc septique et de la méningite requiert toujours des modèles expérimentaux appropriés. Au cours de cette étude, nous avons développé un modèle in vivo d’infection chez la souris qui utilise la voie d’inoculation intra-péritonéale. Ce modèle a servi à l’étude de la réponse pro-inflammatoire associée à ce pathogène, tant au niveau systémique qu’au niveau du système nerveux central (SNC). Il nous a également permis de déterminer si la sensibilité aux infections à S. suis pouvait être influencée par des prédispositions génétiques de l’hôte. Le modèle d’infection par S. suis a été mis au point sur des souris de lignée CD1. Les résultats ont démontré une bactériémie élevée pendant les trois jours suivant l’infection. Celle-ci était accompagnée d’une libération rapide et importante de différentes cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) et de chémokines (KC, MCP-1 and RANTES), qui ont entraîné un choc septique et la mort de 20 % des animaux. Ensuite, pour confirmer le rôle de l’inflammation sur la mortalité et pour déterminer si les caractéristiques génétiques de l’hôte pouvaient influencer la réponse inflammatoire et l’issue de la maladie, le modèle d’infection a été étendu à deux lignées murines consanguines différentes considérées comme résistante : la lignée C57BL/6 (B6), et sensible : la lignée A/J. Les résultats ont démontré une importante différence de sensibilité entre les souris A/J et les souris B6, avec un taux de mortalité atteignant 100 % à 20 h post-infection (p.i.) pour la première lignée et de seulement 16 % à 36 h p.i. pour la seconde. La quantité de bactéries dans le sang et dans les organes internes était similaire pour les deux lignées. Donc, tout comme dans la lignée CD1, la bactériémie ne semblait pas être liée à la mort des souris. La différence entre les taux de mortalité a été attribuée à un choc septique non contrôlé chez les souris A/J infectées par S. suis. Les souris A/J présentaient des taux exceptionnellement élevés de TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN- γ, significativement supérieurs à ceux retrouvés dans la lignée B6. Par contre, les niveaux de chémokines étaient similaires entre les lignées, ce qui suggère que leur influence est limitée dans le développement du choc septique dû à S. suis. Les souris B6 avaient une production plus élevée d’IL-10, une cytokine anti-inflammatoire, ce qui suppose que la cascade cytokinaire pro-inflammatoire était mieux contrôlée, entraînant un meilleur taux de survie. Le rôle bénéfique potentiel de l’IL-10 chez les souris infectées par S. suis a été confirmé par deux approches : d’une part en bloquant chez les souris B6 le récepteur cellulaire à l’IL-10 (IL-10R) par un anticorps monoclonal anti-IL-10R de souris et d’autre part en complémentant les souris A/J avec de l’IL-10 de souris recombinante. Les souris B6 ayant reçu le anticorps monoclonal anti-IL-10R avant d’être infectées par S. suis ont développé des signes cliniques aigus similaires à ceux observés chez les souris A/J, avec une mortalité rapide et élevée et des taux de TNF-α plus élevés que les souris infectées non traitées. Chez les souris A/J infectées par S. suis, le traitement avec l’IL-10 de souris recombinante a significativement retardé l’apparition du choc septique. Ces résultats montrent que la survie au choc septique dû à S. suis implique un contrôle très précis des mécanismes pro- et anti-inflammatoires et que la réponse anti-inflammatoire doit être activée simultanément ou très rapidement après le début de la réponse pro-inflammatoire. Grâce à ces expériences, nous avons donc fait un premier pas dans l’identification de gènes associés à la résistance envers S. suis chez l’hôte. Une des réussites les plus importantes du modèle d’infection de la souris décrit dans ce projet est le fait que les souris CD1 ayant survécu à la septicémie présentaient dès 4 jours p.i. des signes cliniques neurologiques clairs et un syndrome vestibulaire relativement similaires à ceux observés lors de méningite à S. suis chez le porc et chez l’homme. L’analyse par hybridation in situ combinée à de l’immunohistochimie des cerveaux des souris CD1 infectées a montré que la réponse inflammatoire du SNC débutait avec une augmentation significative de la transcription du Toll-like receptor (TLR)2 et du CD14 dans les microvaisseaux cérébraux et dans les plexus choroïdes, ce qui suggère que S. suis pourrait se servir de ces structures comme portes d’entrée vers le cerveau. Aussi, le NF-κB (suivi par le système rapporteur de l’activation transcriptionnelle de IκBα), le TNF-α, l’IL-1β et le MCP-1 ont été activés, principalement dans des cellules identifiées comme de la microglie et dans une moindre mesure comme des astrocytes. Cette activation a également été observée dans différentes structures du cerveau, principalement le cortex cérébral, le corps calleux, l’hippocampe, les plexus choroïdes, le thalamus, l’hypothalamus et les méninges. Partout, cette réaction pro-inflammatoire était accompagnée de zones extensives d’inflammation et de nécrose, de démyélinisation sévère et de la présence d’antigènes de S. suis dans la microglie. Nous avons mené ensuite des études in vitro pour mieux comprendre l’interaction entre S. suis et la microglie. Pour cela, nous avons infecté des cellules microgliales de souris avec la souche sauvage virulente (WT) de S. suis, ainsi qu’avec deux mutants isogéniques, un pour la capsule (CPS) et un autre pour la production d’hémolysine (suilysine). Nos résultats ont montré que la capsule était un important mécanisme de résistance à la phagocytose pour S. suis et qu’elle modulait la réponse inflammatoire, en dissimulant les composants pro-inflammatoires de la paroi bactérienne. Par contre, l’absence d’hémolysine, qui est un facteur cytotoxique potentiel, n’a pas eu d’impact majeur sur l’interaction de S. suis avec la microglie. Ces études sur les cellules microgliales ont permis de confirmer les résultats obtenus précédemment in vivo. La souche WT a induit une régulation à la hausse du TLR2 ainsi que la production de plusieurs médiateurs pro-inflammatoires, dont le TNF-α et le MCP-1. S. suis a induit la translocation du NF-kB. Cet effet était plus rapide dans les cellules stimulées par le mutant déficient en CPS, ce qui suggère que les composants de la paroi cellulaire représentent de puissants inducteurs du NF-kB. De plus, la souche S. suis WT a stimulé l’expression de la phosphotyrosine, de la PKC et de différentes cascades liées à l’enzyme mitogen-activated protein kinase (MAPK). Cependant, les cellules microgliales infectées par le mutant déficient en CPS ont montré des profils de phosphorylation plus forts et plus soutenus que celles infectées par le WT. Finalement, la capsule a aussi modulé l’expression de l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) induite par S. suis et par la production subséquente d’oxyde nitrique par la microglie. Ceci pourrait être lié in vivo à la neurotoxicité et à la vasodilatation. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes sous-tendant l’induction de l’inflammation par S. suis, ce qui devrait permettre, d’établir éventuellement des stratégies plus efficaces de lutte contre la septicémie et la méningite. Enfin, nous pensons que ce modèle expérimental d’infection chez la souris pourra être utilisé dans l’étude de la pathogénèse d’autres bactéries ayant le SNC pour cible. / Streptococcus suis serotype 2 is an important swine pathogen responsible for diverse infections, meningitis being its most striking feature. In addition, it is an emerging agent of zoonosis, which has gained worldwide attention due to important outbreaks in Asia. Understanding the pathogenesis of S. suis infections still represents a challenge. Up to present, the pro-inflammatory response due to S. suis has only been studied in vitro, and there is still a great need of appropriate experimental models for both septic shock and meningitis. In the present study, we successfully developed an in vivo model of S. suis infection in adult mice infected by the intraperitoneal route. This model served to investigate the pro-inflammatory events that take place at both the systemic and Central Nervous System (CNS) levels associated with this important pathogen. In addition, this model was useful to determine if susceptibility to S. suis infection may be influenced by the genetic background of the host. The mouse model of S. suis infection was standardized in CD1 mice. Results showed sustained bacteremia during the 3 days post-infection (p.i.), accompanied by a quick and substantial release of different pro-inflammatory cytokines (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) and chemokines (KC, MCP-1 and RANTES) that lead to septic shock and 20% mortality in mice. Once the hallmark of the septic phase of S. suis infection was established in CD1 mice, research continued with the objective to confirm the role of inflammation in mortality and to determine if the genetic background of the host may influence the inflammatory response toward this pathogen and the further outcome of the disease. For this, the mouse model of S. suis infection was used with two genetically different inbred mouse strains, this is, C57BL/6 (B6) and A/J mice, which are considered as the prototype of Th1-type and Th2-type mice, respectively. Results demonstrated a striking susceptibility to S. suis infection in A/J mice in comparison to B6 mice, with 100% mortality in the former mice strain at 20 h p.i., and 16 % mortality at 36 h p.i. for the latter. Very interestingly, and similarly to CD1 mice, bacteremia did not seem to be responsible for the death of mice, as both mice strains presented similar amounts of bacteria in blood and organs. Thus, it was postulated that the higher mortality in S. suis-infected A/J mice was due to uncontrolled septic shock. In fact, A/J mice presented very high levels of TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN-ɣ, that significantly exceeded those found in B6 mice. Remarkably, chemokine levels were similar between strains, suggesting their limited participation in the development of septic shock by S. suis. A greater survival of B6 mice was partially related to a better regulation of the pro-inflammatory cytokine cascade, as they showed a higher production of the anti-inflammatory cytokine IL-10 than A/J mice. The potential beneficial role of the IL-10 in mice infected with S. suis was confirmed using two approaches: the first, by blockage of the cell receptor of IL-10 (IL-10R) with an anti-mouse IL-10R monoclonal antibody (Mab) in B6 mice and the second by administrating recombinant mouse (rm)IL-10 (rmIL-10) to A/J mice. B6 mice that received the IL-10R MAb treatment before challenge with S. suis developed a clinical acute disease similar to that observed with A/J mice, with a striking and rapid increase in mortality and higher levels of TNF-α in comparison to those of infected mice that did not receive the treatment. Controversially, treatment with rmIL-10 significantly delayed the onset of septic shock in A/J mice infected with S. suis. These results show that survival from S. suis septic shock requires a tight regulation of pro- and anti-inflammatory mechanisms, and that the latter should be activated at the same time or soon after the onset of the pro-inflammatory response. This part of the study may represent a first step in the identification of host genes associated with resistance against S. suis. One of the most important achievements of the mouse model of infection described in this project is the development of distinct clinical signs of neurological disease in CD1 mice from 4 days p.i. Indeed, in CD1 mice that survived sepsis due to S. suis infection, clinical signs of neurological disease and vestibular syndrome, which are quite similar to those observed in clinical cases of S. suis meningitis in both pigs and humans, were observed. Studies of the brains of infected CD1 mice using in situ hybridization combined with immunocytochemistry, demonstrated that the CNS inflammatory response began with a significant increase in the transcription of Toll-like receptor (TLR)2 and CD14 initially in the brain microvasculature and choroid plexuses, suggesting that S. suis may use these structures as portals of entry to the brain. There also was activation of NF-κB (as indicated by transcriptional activation of IκBα as a reporter system) and TNF-α, IL-1β and MCP-1, mainly in cells identified as microglia and to a lesser extent in astrocytes. These signals reached different brain structures, mainly the brain cortex, corpus callosum, hippocampus, choroid plexuses, thalamus, hypothalamus and meninges. All of these pro-inflammatory events were associated with extensive areas of inflammation and necrosis, severe demyelination and presence of antigens of S. suis inside microglia. In vitro studies were conducted in order to better understand the interactions of S. suis and microglia. For this, mouse microglia were infected with a virulent wild type (WT) strain of S. suis. Two isogenic mutants deficient in capsule (CPS) or hemolysin production (suilysin, SLY) respectively, were also included for comparative purposes. The CPS was important for S. suis resistance to phagocytosis, and it also modulated the inflammatory response by hiding pro-inflammatory components from the bacterial cell wall. On the other hand, the absence of SLY, a potential cytotoxic factor, did not have a major impact on S. suis interactions with microglia. Studies with microglia helped to confirm previous findings in vivo in mice, as the WT S. suis strain induced the up-regulation of TLR2 and the production of several pro-inflammatory mediators, including TNF-α and MCP-1. As observed in mice, S. suis induced NF-kB translocation, which was more rapid for cells stimulated with the CPS-deficient mutant, suggesting that bacterial cell wall components are potent inducers of NF-kB. Moreover, WT S. suis promoted phosphotyrosine, PKC and different mitogen-activated protein kinase (MAPK) events. However, microglia infected with the CPS-deficient mutant showed overall stronger and more sustained phosphorylation profiles. Finally, the CPS also modulated S. suis-induced inducible nitrogen oxide synthase (iNOS) expression and further nitric oxide production in microglia, which could be related to neurotoxicity and vasodilatation in vivo. We are confident that our results may help to more fully understand the mechanisms underlying S. suis induction of inflammation, leading to the design of more efficient anti-inflammatory strategies for sepsis and meningitis. Finally, we believe this experimental model of infection in mice could also be useful for studying the pathogenesis of infections of the CNS, due to other bacteria.

Le « porcine respiratory disease complex » (PRDC) est un trouble multifactoriel dû à une infection simultanée ou séquentielle de divers micro-organismes pouvant intensifier ou prolonger les signes cliniques des porcs. On retrouve dans ce complexe Mycoplasma hyopneumoniae, un des agents initiateurs du PRDC et agent primaire de la pneumonie enzootique (EP) chez les porcs. Streptococcus suis est l’un des agents pathogènes secondaires du PRDC, c’est également un agent pathogène important induisant principalement des méningites, des septicémies et la mort subite des porcelets post-sevrés. Mycoplasma hyorhinis est également l’un des agents pathogènes secondaires du PRDC, et va induire des inflammations sérofibrineuses chez les porcelets. Comme ces trois pathogènes sont retrouvés au sein du PRDC et au niveau des voies respiratoires supérieures des porcs, il pourrait exister un effet positif des mycoplasmes sur la pathogénèse de S. suis. C’est pourquoi différentes expériences in vitro ont été réalisées avec les cellules épithéliales porcines (NPTr), les macrophages alvéolaires porcins (PAMs) et les cellules dendritiques porcines (BM-DCs) qui ont été pré-infectés par les mycoplasmes puis infectés avec S. suis. Il a été observé que la cytotoxicité et l’inflammation des cellules porcines ont été significativement augmentées lorsqu’elles ont été pré-infectées par les mycoplasmes puis infectées par S. suis. Cependant, la pré-infection des cellules n’a pas joué de rôle sur l’adhésion et l’invasion de S. suis, sur la phagocytose et la survie intracellulaire de la bactérie. Cette étude semble montrer que la pré-infection des mycoplasmes pourraient induire un contexte inflammatoire favorisant la pathogenèse de S. suis. / Porcine respiratory disease complex (PRDC) is a multifactorial disorder due to simultaneous or sequential infection with various microorganisms that can intensify or prolong clinical signs in pigs. Included in this complex is Mycoplasma hyopneumoniae, one of the initiating agents of PRDC and the primary agent of enzootic pneumonia (EP) in pigs. Streptococcus suis is one of the secondary pathogens of PRDC and is also an important pathogen, mainly causing meningitis, septicemia, and sudden death in post-weaned piglets. Mycoplasma hyorhinis is also one of the secondary pathogens of PRDC and will also induce serofibrinous inflammation in piglets. As all three pathogens are found in the PRDC and in the upper respiratory tract of pigs there may be a positive effect of mycoplasma on the pathogenesis of S. suis. Therefore, different in vitro experiments were performed with newborn pig tracheal cells (NPTr), primary porcine alveolar macrophages (PAMs) and porcine bone-marrow-derived dendritic cells (BM-DCs) that were pre-infected with mycoplasma and then infected with S. suis. It was observed that cytotoxicity and inflammation of pig cells were significantly increased when they were pre-infected with mycoplasma and then infected with S. suis. However, pre-infection of the cells did not play a role in the adhesion and invasion of S. suis and in the phagocytosis and intracellular survival of the bacteria. This study suggests that pre-infection with mycoplasma may induce an inflammatory context favoring the pathogenesis of S. suis.