Ce travail vise à estimer l’impact de co-infections sur le terrain et à mieux comprendre le synergisme possible entre agents pathogènes en conditions expérimentales. Nous nous sommes intéressés à E. coli (O78) et au virus influenza faiblement pathogène (LPAIV, H6N1) dans le modèle dinde. Les oiseaux ont été infectés par voie aérosole pour reproduire l’infection respiratoire. L’excrétion virale ainsi que les lésions ont été plus importantes lors de la co-infection, ce qui suggère une patho-génicité accrue. Ces résultats montrent que E. coli et LPAIV ont un effet additif sur la maladie respiratoire lors qu’ils ont été inoculés soit simultanément soit en différé (à 3 jours d’intervalle) à des dindes naïves. En parallèle, nous avons étudié les virus respiratoires en circulation dans les élevages pakistanais. Des co-infections avec le LPAIV H9 (lignage G1) et le virus de la maladie de Newcastle (génotype VII) ont été fréquemment observées. / The purpose of this study was to assess the burden of co-infections in the field and to better understand the possible synergism between pathogens in a laboratory setting. We focussed on E. coli (O78) and low pathogenic avian influenza virus (LPAIV, H6N1) in turkey model and infected the birds via the aerosol route to reproduce respiratory disease. Viral shedding and lesions were more severe and persisted longer during coinfection indicating possible enhancement of pathogenesis for LPAIV by E. coli and vice versa. These findings all endorse our conclusions that E. coli and LPAIV exercise an additive pathogenic effect in the reproduction of respiratory disease if given simultaneously or spaced by three days between the viral and the bacterial challenges to susceptible turkeys. In parallel, we studied avian respiratory agents circulating in the field in Pakistani farms. There, we focussed on co-infections as well, targeting viruses only as a first study. We observed frequent LPAIV H9 (G1 lineage) and Newcastle disease virus (genotype VII) coinfections in the field.

Le système nerveux central est isolé de l’environnement grâce à un ensemble de barrières, incluant la barrière osseuse et la barrière hémato-encéphalique. Il existe cependant des zones où ces barrières sont absentes ou affaiblies, et c’est notamment le cas au niveau des nerfs olfactifs qui ont pour origine les neurones présents dans la cavité nasale. Ces neurones participent à la détection des odeurs et leurs axones contactent directement le système nerveux central au niveau des bulbes olfactifs en traversant la lame criblée de l’éthmoïde. Cette « voie olfactive » représente ainsi un site d’entrée privilégié de certains pathogènes vers le cerveau. La muqueuse olfactive, du fait de son positionnement à l’interface entre l’environnement et le système nerveux central, constitue donc une zone particulièrement sensible sur le plan immunologique. Si cette muqueuse est connue pour produire des composants antimicrobiens, les mécanismes cellulaires et moléculaires mobilisés dans le cadre d’infections par des pathogènes respiratoires restent peu décrits.Au cours de ma thèse, nous nous sommes tout d’abord focalisés sur l’interleukine 17c, connue comme puissant médiateur des réponses immunitaires innées épithéliales respiratoires et dont les récepteurs sont exprimés dans la muqueuse olfactive. Nous avons notamment pu montrer qu’elle était mobilisée in vivo dans un contexte mimant une infection virale et qu’elle favorisait le renouvellement épithélial ainsi que l’infiltration de cellules immunitaires. En voulant caractériser son action dans un contexte viral, nous avons été amenés à étudier les effets de deux virus respiratoires sur la muqueuse olfactive (le virus influenza et le virus respiratoire syncytial). Nous avons observé que les deux virus pouvaient infecter efficacement les neurones sensoriels olfactifs, mais avec une charge virale plus élevée pour influenza. A dose équivalente, le virus de la grippe provoque d'importants dégâts dans la muqueuse olfactive mais ne s’établit pas durablement dans la muqueuse, ce qui suggère que ce virus est éliminé très efficacement et rapidement. En nous focalisant sur les processus d'élimination des neurones sensoriels olfactifs infectés, nous avons identifié un nouveau mécanisme antiviral précoce basé sur l'élastase, une enzyme précédemment décrite comme sécrétée par les neutrophiles, principaux acteurs du système immunitaire inné.Dans l’ensemble, ces travaux de thèse mettent en lumière les défenses immunitaires présentes dans la cavité nasale contre les virus respiratoires et apportent de nouvelles perspectives dans le contrôle des virus infectant le système nerveux central par la voie olfactive. / The central nervous system is sheltered from the environment thanks to cranial bones and the blood brain barrier. Some parts of these barriers are weaker, especially around olfactory nerves originating from olfactory sensory neurons in the nasal cavity. These neurons detect odorants and their axons cross the cribriform plate to project directly into the brain at the level of the olfactory bulbs. The cribriform plate is a thin and perforated area of the cranial bones allowing the crossing of the olfactory nerves. This “olfactory pathway” constitutes a privileged entry site for viruses toward the central nervous system. Hence, the olfactory mucosa represents a particularly sensitive area for the immune system. While the olfactory mucosa is known to produce various anti-microbial compounds, the described molecular and cellular mechanism of immune system defenses against viruses remains sparse.The interleukin 17c (IL-17c) is known as an innate immunity response actor in the respiratory epithelium. While its receptors are expressed in the olfactory mucosa, its role in this tissue was unknown. We found that IL-17c is involved in olfactory mucosa responses to Poly(I:C) mimicking virus presence. We observed that nasal instillation of IL-17c accelerated the olfactory mucosa turn-over and induced its infiltration by immune cells. In attempt to characterize the role of IL-17c in a real viral context, we started to focus on the impact of two viruses of the respiratory tract: influenza and the respiratory syncytial virus. We observed that both viruses could effectively infect olfactory sensory neurons but with a higher virus load for influenza. Indeed, at similar doses, influenza induced important damages in the olfactory mucosa but was not present, indicating that influenza virus is very effectively and rapidly eliminated from the olfactory mucosa. By focusing on the elimination processes of infected olfactory sensory neurons, we identified a novel early anti-viral mechanism based on elastase, an enzyme previously described as secreted by neutrophils, main actors of the innate immunity system.Overall, my PhD results provide new insights on the immune defenses present in the olfactory mucosa against respiratory viruses and could bring new perspectives in the control of virus infecting the central nervous system.

Par le passé les virus influenza A ont montré leur capacité d’émergence dans la population humaine. En 2009, l’apparition d’un nouveau variant réassortant a provoqué une pandémie. Ces travaux avaient pour objectifs d’étudier la propagation de la pandémie en France et Bolivie. Premièrement en Franve avec l’étude sérologique d’une population hospitalière et la surveillance hebdomadaire mise en place grâce au programme SéroGrippeHebdo. La séroprévalence prépandémique était de plus de 20% (au1/80) chez les plus de 60ans et de moins de 10% dans les autres groupes. Il a été possible de calculer un taux d’attaque d’environ 12% au sein de la population française métropolitaine. Mais aussi d’observer la perte d’anticorps rapide après le pic d’infection. Les taux de séroconversions les plus importants étaient chez les 0-24 ans (23.4%). La deuxième partie de ce travail s’est déroulée à Santa Cruz de la Sierra, en Bolivie. Le programme CoPanFlu international en association avec le CENETROP a permis l’étude de la sérologie sur une cohorte de foyers en 2010. Par ailleurs, nous avons caractérisé les pathogènes respiratoires de 2010 à 2012 à Santa Cruz. La grippe représente entre 40 et 58% des cas chaque années, suivie des rhinovirus, des coronavirus et des VRS. L’épidémiologie moléculaire des virus influenza a mis au jour un cluster de circulation sud américain pour les virus H1N1(2009).Les sérologies pré-pandémiques montrent une séroprévalence de 23% pour les ≥60ans. Après la pandémie la distribution par tranche d’âge est différente entre les villes de haute altitude et les autres.Enfin une estimation de la séroconversion montre que les jeunes adultes entre 20-39 sont les plus touchés. / Influenza viruses A have shown their ability to emerge in the human population and in 2009, the appearance of a new variant has caused a pandemia. The objective of this work was to study the pandemia’s spread in France and in Bolivia.In France, first, with the serological study of a hospital population and the weekly supervision established with SeroGrippeHebdo. The prepandemic seroprevalence was more than 20%(au1/80) for the >sixty years, and less than 10% in the others groups. It was possible to reckon an attack rate for about 12% in the metropolitan French population, and to observe a quick loss of antibody after the infection rate. Most important seroconversion rates concerned the 0-24 years(23.4%).The second part of this work took place in Santa Cruz de la Sierra, in Bolivia, developing country in the tropical zone of South America. The international CoPanFlu in partnership with the CENETROP, has enabled to study serology among a cohort of families in 2010. Moreover, we have characterized etiologies of respiratory pathogenesis from 2010 to 2012, in Santa Cruz. Flu represented about 40 to 58% of the cases each year, followed by rhinoviruses, coronaviruses and SRV. The molecular epidemiology of influenza viruses has shown a South American circulation cluster for the H1N1 viruses(2009). The prepandemic serologies in Santa Cruz show a seroprevalence of 23% for the ≥60. After the pandemia, the distribution by age is different for the towns at high altitude and others. Finally, an estimation of the sero-conversion showed that young adults between 20 and 39 were more affected in Bolivia.

Les techniques de biologie moléculaire ont pris au cours des 20 dernières années une place importante dans le diagnostic direct des pathogènes viraux. Notre travail a porté sur la mise en place et le développement d’une plate-forme de biologie moléculaire, au sein du laboratoire de virologie de l’hôpital de la Timone, pour répondre aux demandes et contraintes du diagnostic en milieu hospitalier. L’organisation de cette plate-forme a nécessité plusieurs étapes : la prévention des risques de contamination, l’aliquotage et le stockage des réactifs, l’automatisation des techniques d’extraction des acides nucléiques, la mise au point de témoins positifs synthétiques et de témoins internes et l’optimisation des protocoles de PCR. Cette approche optimisée du diagnostic moléculaire des infections virales a été appliqué notamment à la détection de la grippe pandémique A/H1N1v dans les laboratoires de routine hospitalière et d’urgence « Point Of Care ». La mise en place de cette plate-forme a fait progresser de manière considérable le diagnostic moléculaire du laboratoire. Elle nous permet actuellement de détecter un grand nombre de pathogènes (>80) et de réaliser des tests dans un format à haut débit (≈40 000 tests/an). Au total, cette plateforme est au coeur de la capacité du laboratoire pour réagir de manière rapide aux évènements d'émergence en mettant en place rapidement des procédures diagnostiques standardisées. Ces techniques ont été transférées à de nombreux autres laboratoires de virologie partenaires nationaux et internationaux. Nous envisageons maintenant son utilisation dans une approche syndromique avec notamment, le développement du diagnostic des virus respiratoires. / Molecular biology techniques have taken an important role in the direct diagnosis of viral pathogens over the last 20 years. Our work focused on establishing and developing a platform for molecular diagnosis in the laboratory of Virology (Timone Hospital) to meet the demands and constraints of diagnosis in hospitals. The organization of this platform required several steps: prevention of contamination risks, aliquoting and storage of reagents, automation techniques of nucleic acid extraction, development of synthetic positive controls and internal controls and optimization of PCR protocols. This optimized approach of the molecular diagnosis of viral infections has particularly been applied to the detection of pandemic influenza A/H1N1v in hospital laboratories for routine and emergency "Point Of Care." The implementation of this platform has significantly improved molecular diagnosis in our laboratory. It currently allows us to detect a large number of pathogens (> 80) and perform tests in a high-throughput (≈ 40,000 tests per year). In total, this platform is at the heart of the laboratory capacity to react quickly to emerging events by rapidly implementing standardized procedures. These techniques have been transferred to many other partners’ laboratories nationally and internationally. We are now considering its use in a syndromic approach including the development of the diagnosis of respiratory viruses.

Les virus respiratoires induisent de nombreuses et fréquentes pathologies en pédiatrie avec une morbidité importante. Ces virus sont bien connus car étudiés depuis longtemps mais ils sont en évolution constante. L’apparition des antibiotiques, des antiviraux, des soins intensifs, de la vaccination, les connaissances sur l’hygiène ont transformé l’impact de ces virus sur les populations humaines. Nos modes de vie principalement citadins favorisent la diffusion virale locale par le regroupement de presque tous les enfants dans des crèches ou des écoles. De même l’explosion récente des moyens de transport en particulier aérien qui ont reliés physiquement tous les pays du monde entre eux et qui accentuent la diffusion virale mondiale. Faut-il appliquer les mêmes raisonnements dans tous les pays du monde pour lutter contre ces infections ? Cette thèse apporte de nouvelles connaissances sur ce sujet en se focalisant sur les virus influenza et le virus respiratoire syncytial :1) Pendant la pandémie H1N1 au Canada, la mise en évidence de l’augmentation des hospitalisations des enfants asthmatiques, paradoxalement moins souvent ventilés durant leurs séjours en réanimation pédiatrique.2) L’intérêt de la vaccination contre le virus pandémique H1N1 pour diminuer le recours à la ventilation assistée chez les enfants hospitalisés en réanimation pédiatrique.3) Le Canada n’a pas connu de 3ème vague pandémique en raison d’une campagne vaccinale massive qui bien que tardive, a été efficace même 1 an plus tard.(4) La saisonnalité de la bronchiolite dans les régions tropicales est très différente de celle retrouvée dans les pays tempérés et nécessite de réajuster les recommandations de prise en charge à l’aune des données localesEn décrivant la cinétique et l’impact de la pandémie grippale de 2009 sur les enfants hospitalisés en soins intensifs pédiatriques au Canada d’Octobre 2009 à Mars 2011, en comparant cette cohorte à une cohorte similaire en France Hexagonale, et en décrivant 2 épidémies de VRS en Martinique en 2007 et 2008 pour confronter ces données avec celles décrites dans les pays tempérés, ce travail illustre combien nos connaissances doivent toujours être remises en question du fait de l’évolution du climat, de l’évolution de la société et de l’évolution des connaissances médicales / Respiratory viruses are responsible for much pediatric pathology with significant morbidity. These viruses are well known for a long time but are subject to constant changes. The development of antibiotics, antivirals, intensive care, vaccination, knowledge on hygiene has modified the impact of these viruses on human populations. Our predominantly urban lifestyles support local viral spread by bringing almost all children together in nurseries or schools. In the same way, the large use of modern transport facilities especially air transport (which connect all continents between them) facilitate the world viral spread. In this new environment, should we apply the same medical reasoning all over the world to fight against these infections? This thesis brings new knowledge on this topic, focusing on influenza virus and syncytial respiratory virus:1) During Influenza A(H1N1)pdm09, hospitalizations of children with asthma increase, but they were least often to be ventilated during their pediatric intensive care stay.2) The value of vaccination against the pandemic virus to reduce the use of assisted ventilation in children hospitalized in Pediatric Intensive Care Unit.3) Canada did not experience a third pandemic wave in 2010 because of a massive vaccination campaign that, even late, was effective one year later.4) The bronchiolitis season in the tropics is different from what we know in temperate countries. It is mandatory to adjust management recommendations in the light of regional data.By describing the kinetics and impact of the 2009 influenza pandemic on children in pediatric intensive care in Canada from October 2009 to March 2011, comparing this cohort to a similar cohort in France, and comparing 2 epidemics of VRS in Martinique (French West Indies) in 2007 and 2008 with those that have been carried out in temperate countries, this thesis is an example why we have to constantly question our knowledge because of climate change, change in society and medical knowledge evolution.