Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L'étude des interactions hôtes/parasites est actuellement un thème de recherche incontournable des sciences de l'évolution. Une des questions majeures soulevée par ces études est de comprendre pourquoi certains parasites provoquent des maladies mortelles, alors que d'autres restent relativement bénins pour leurs hôtes. Dans ce défi que tentent de relever les biologistes de l'évolution mais également les sciences médicales, nous avons choisi de nous intéresser à la malaria aviaire, et plus précisément à son représentant le plus commun dans les populations naturelles d'oiseaux : Plasmodium relictum. En procédant à des infections expérimentales de canaris domestiques (Serinus canaria), nous avons voulu comprendre quels facteurs liés aux caractéristiques du parasite et de l'oiseau (au niveau de l'individu ou de la population) pouvaient influencer la virulence de Plasmodium relictum. Nous avons ainsi pu mettre en évidence que des facteurs, tels que le passé infectieux de l'hôte, la dose de parasites reçue, la prévalence de ces derniers dans la population d'oiseaux ou bien encore les interactions sociales entre individus, pouvaient moduler les coûts d'une telle infection. La virulence est un trait composite qui dépend, certes, de l'exploitation de l'hôte par les parasites mais également de la réponse immunitaire de ce dernier contre l'infection. Nous avons pu le vérifier dans notre système expérimental en utilisant une approche immuno-écologique. Nous nous sommes enfin intéressée aux conditions favorisant l'évolution de la virulence : ce qui est essentiel pour comprendre l'émergence ou la réémergence de maladies infectieuses et pour développer des stratégies de contrôle de ces maladies.

Les virus influenza A ont suscité à partir de l'année 1997 un intérêtsanitaire et économique mondial considérable après l'émergence d'une formehautement pathogène d'un virus influenza aviaire H5N1. Cette épizootie a misen évidence le danger majeur que constitue la proximité entre espècessensibles sauvages et domestiques. En effet, pouvant présenter lescaractéristiques de réservoirs de ces virus, les canards étaient les plussoupçonnés de transmettre l'infection, grâce à une pratique migratoireimportante et d'un portage asymptomatique fréquent. Ce portage associe dans la plupart des cas des virus faiblement pathogènesde sous-types multiples. Ces virus peuvent se transmettre aux volaillesdomestiques et émerger en épizootie à virus hautement pathogène dans le casparticulier des sous-types H5 et H7. Ces épizooties peuvent avoir desconséquences économiques considérables, avec une mortalité avoisinant les100%, et sanitaire avec un possible passage à l'homme. Notre projet vise à caractériser l'infection et la transmission des virusinfluenza faiblement pathogènes, après inoculation expérimentale à unepopulation de canards de surface et plongeurs. Il répond également à lanécessité d'établir des méthodes de surveillance des virus influenzaaviaires à l'arrivé des oiseaux migrateurs dans des zones humides à richepatrimoine ornithologique, et situées à proximité de régions à fortpotentiel en matière de production avicole (La Dombes comme exemple).

La grippe, infection respiratoire virale fréquente, est due aux virus Influenza. Leur génome est constitué par huit molécules d’ARN de polarité négative retrouvés sous la forme de complexe ribonucléique (RNPv). Au cours du cycle viral, il a été démontré que les régions terminales des segments de gène étaient cruciales pour l’incorporation sélective des huit RNPv à l’intérieur des particules virales. Par des techniques d’interaction in vitro et de tomographie électronique, nous avons montré que les segments de gène du virus H3N2 interagissaient entre eux par des interactions ARN/ARN impliquant leurs régions de packaging. Nos résultats suggèrent que la mise en place de ce réseau permettrait la formation d’un complexe supra macromoléculaire multi-segmenté permettant l’incorporation d’un jeu complet des huit RNPv dans les particules virales néosynthetisées. En raison de la nature segmentée du génome viral, des phénomènes de réassortiment génétique peuvent avoir lieu lors d’une co-infection. Afin de définir les mécanismes responsables de la restriction observée lors de ce phénomène, nous avons évalué le taux de réassortiment génétique in vitro entre le virus humain H3N2 et le virus aviaire H5N2. Nos résultats suggèrent que le mécanisme gouvernant l’incorporation sélective des segments de gènes, régulerait le réassortiment génétique. Nous avons montré que la modulation de l’interaction ARN/ARN entre les segments de gènes HA et M permet d’augmenter le taux d’incorporation du segment de gène HA H5 dans le fond génétique du virus humain, prérequis pour l’émergence de virus pandémique / The Flu is a frequent viral infectious disease caused by the Influenza viruses. Their genomes are composed by eight negative single-stranded RNA organised as vRNPs. During the viral cycle, the terminal non-coding and coding regions of viral genome have been shown to be crucial for the selective incorporation of a complete set of the eight vRNPs into influenza viral particles. Band shift assay and electron tomography allowed us to show that all gene segments interact together by RNA/RNA interactions involving their packaging region. Our results suggest that the eight genomic vRNAs are selected and packaged as an organized supramolecular complex held together between identified packaging regions into neosynthesized virions. Due to genome segmented nature, genetic reassortment can occur during co-infection. In order to identify molecular mechanisms responsible for the observed restriction during the genetic reassortment, we have developed a new competitive reverse genetic strategy allowing us to evaluate the genetic reassortment between H3N2 and H5N2 viruses. Our results suggest that mechanism controlling the packaging should regulate genetic reassortment. We have shown that the modulation of RNA/RNA interaction between HA and M gene segment have allowed us to increase HA H5 gene segment incorporation rate into a viral human genetic background, prerequisite for pandemic virus emergency

L'évolution de la résistance aux insecticides chez les moustiques responsables de la transmission de maladies infectieuses compromet notre capacité à contrôler ces populations de vecteurs et pose de graves problèmes de santé publique. Mais les nombreuses modifications physiologiques associées au phénomène de résistance aux insecticides pourraient altérer l'épidémiologie de ces maladies de manière plus indirecte en modifiant la capacité vectorielle des moustiques. Afin d'étudier cette question nous avons mis en place un nouveau système expérimental composé du parasite aviaire Plasmodium relictum SGS1 et de son vecteur naturel le moustique Culex pipiens. Nous avons étudié l'effet de différents allèles de résistance aux insecticides (représentant deux mécanismes principaux i.e. la résistance métabolique ou la modification de la cible) sur une série de traits d'histoire de vie du parasite et du moustique. L'impact de ces différents allèles a été étudié d'une part, dans les conditions contrôlées de leur expression dans un même fond génétique (en utilisant plusieurs souches de moustiques isogéniques), et d'autre part, dans les conditions plus réalistes de leur expression dans un fond génétique hétérogène (utilisation de moustiques échantillonnés sur le terrain). Nous montrons que la résistance aux insecticides a des effets pleïotropes sur l'immunocompétence et les traits d'histoire de vie des moustiques. Son effet sur le développement de Plasmodium semble en revanche limité. Nous discutons d'une part, de la nécessité de poursuivre une approche multifactorielle (impliquant la physiologie, l'immunité et le comportement des moustiques) afin de mieux comprendre l'impact de la résistance aux insecticides sur la transmission de Plasmodium, et d'autre part des perspectives intéressantes qu'offrent ce nouveau système expérimental pour l'étude de l'écologie évolutive des maladies à vecteurs. / The evolution of insecticide resistance in mosquitoes threatens our ability to control many-vector-transmitted diseases, thereby raising serious public health issues. Insecticide resistance entails numerous physiological changes in mosquitoes. This thesis investigates whether these physiological changes alter the quality of mosquitoes as vectors of malaria. To address this issue, we developed a new experimental system consisting in the avian malaria parasite Plasmodium relictum SGS1 and its natural vector, the mosquito Culex pipiens. We investigated the impact of two insecticide resistance mechanisms (target site resistance and metabolic resistance) on several mosquito and parasite life history traits relevant for malaria transmission. The effect of different insecticide resistant genes was investigated using both isogenic laboratory mosquito strains (i.e. against a homogeneous genetic background) and sympatric field caught mosquitoes (i.e. under the more realistic, albeit noisier, conditions of a heterogeneous genetic background). We show that insecticide resistance has a pleiotropic effect on several mosquito traits (immunocompetence, longevity, fecundity), whereas it has only a limited effect on Plasmodium development. We discuss, on the one hand, the need to pursue such a multi-factorial approach (combining the mosquito physiology, immunity and behavior) to better understand the impact of insecticide resistance on malaria transmission and, on the other hand, the promising perspectives offered by this new experimental system for studying the evolutionary-ecology of infectious diseases.

Le tube digestif est un organe vital, conservé chez les vertébrés. Il assure la digestion des aliments, l'absorption des nutriments et l'excrétion des déchets. Une des propriétés essentielles du tube digestif est la motilité digestive, qui est définie comme l'ensemble des contractions nécessaires au transit du bolus alimentaire depuis la bouche jusqu'à l'anus. Ce processus est assuré par la coordination entre trois réseaux de cellules au sein du tube digestif, le système nerveux entérique, les cellules interstitielles de Cajal et les cellules musculaires lisses digestives. Une dysfonction dans n'importe lequel de ces trois systèmes se traduit par un désordre de la motilité digestive. La plupart de ces désordres se mettant en place au cours de la vie fétale, il est essentiel de mieux comprendre les mécanismes qui gouvernent le développement embryonnaire du tube digestif. Ainsi, la problématique globale de mon travail de thèse a été d'étudier les mécanismes moléculaires impliqués dans le développement et la différenciation des cellules musculaires lisses de l'estomac, en utilisant comme organisme modèle l'embryon de poulet. Dans un premier temps, j'ai participé à la caractérisation d'un nouveau marqueur des cellules musculaires lisses, BAPX1. Par la suite, j'ai participé à une étude sur la régulation extrinsèque du développement précoce de l'estomac par les cellules du système nerveux entérique. Cette étude a mis en évidence un rôle essentiel du système nerveux entérique dans la régulation de la voie de signalisation NOTCH pour permettre la mise en place et le maintien de l'identité de l'estomac. De plus, cette étude suggère que le système nerveux entérique est requis pour le processus de différenciation des cellules musculaires lisses de l'estomac. Enfin, pendant la majorité de mon travail de thèse, j'ai participé à l’identification de nouveaux gènes impliqués dans la régulation intrinsèque de la différenciation des cellules musculaires de l'estomac. Dans cette étude, nous avons caractérisé un nouvel acteur de ce processus et montrons que ce gène définit la population précoce des progéniteurs mésenchymateux de l'estomac et régule leur prolifération. Nous avons identifié ce gène comme un régulateur essentiel des étapes de détermination et de différenciation des cellules musculaire lisses. / The gastro-intestinal tract is a vital organ, conserved throughout the vertebrates. It is responsible for food digestion, absorption of nutrients and waste excretion. One of the most important properties of the gut is digestive motility, which is defined as all the intestinal contractions necessary for bolus transit from the mouth to the anus. This process is regulated by the coordination between three cell networks within the gut: the enteric nervous system, the interstitial cells of Cajal and the visceral smooth muscle cells. Dysfunctions in any one of these three systems result in a gastrointestinal motility disorder. Because onset of most of these diseases occurs in the fetus, a better understanding of the mechanisms involved in gastrointestinal tract development is essential. With this in mind, the main objective of my thesis was to study the molecular mechanisms that are involved in the development and differentiation of the gastric smooth muscle, using the chick embryo as a model organism. First, I participated in a study that led to the characterization of BAPX1 as a new marker of stomach smooth muscle cells. In parallel, I participated in an experimental study on the extrinsic regulation of early stomach development by the enteric nervous system. This study demonstrated that the enteric nervous system is an essential partner in the development and maintenance of the molecular identity of the stomach, through the regulation of the NOTCH pathway. Furthermore, this study suggests that the enteric nervous system is required for correct smooth muscle cell differentiation in the stomach. Finally, during most of my thesis I focused on the identification of molecular mechanisms that drive the intrinsic regulation of stomach smooth muscle differentiation. This study led to the identification of a new gene that we characterized as a new marker of stomach cells, which regulates their proliferation. Thus this gene is essential during the process of stomach smooth muscle cell determination and differentiation.

En médecine humaine et vétérinaire, les agents pathogènes représentent la cause de mortalité principale à travers la planète. Les méthodes de diagnostic de ces pathogènes ont considérablement changé et évolué particulièrement depuis l’apparition du séquençage haut débit. Les nouvelles méthodes de séquençage massif ont considérablement diminué le prix d’une séquence permettant de rendre accessible cette technologie révolutionnaire. Dans le cadre de mes travaux de thèse, nous avons mis en place un protocole pour l’utilisation du séquençage Illumina® (avec le séquenceur MiSeq) comme méthode de diagnostic lors de différents cas pathologiques aviaires. L’utilisation de cette méthode nous a permis dans un premier temps d’identifier l’agent étiologique de la maladie foudroyante de la pintade. Cette étude nous a permis de valider l’utilisation de ce genre de méthode pour des cas ciblés, ici lors d’un épisode clinique particulier n’impliquant vraisemblablement qu’un seul candidat pathogène. Ce nouveau coronavirus a fait l’objet d’études complémentaires afin de le caractériser. Nous avons élargis les cibles recherchées en analysant dans un deuxième temps l’ensemble des virus ARN chez le canard lors d’épisodes cliniques respiratoires et/ou de chute de ponte. L’analyse des données a mis en évidence une importante diversité virale et a permis d’identifier des candidats responsables potentiels. L’ensemble des résultats obtenus nous permet de valider l’utilisation du séquençage à haut débit comme un outil puissant de diagnostic. / Infectious diseases are considered the most prevalent cause of mortality in humans as well as other animals worldwide. Since the advent of high throughput sequencing technologies, diagnostic methods for these conditions have quickly changed and evolved, as the continuously decreasing cost of mass sequencing is making this tool available to larger numbers of people. As part of my thesis project, an Illumina®-based sequencing method (on a MiSeq machine) was designed for diagnostic purposes in clinical cases in poultry. We first used this method to identify the causative agent of the fulminating disease of guinea fowl. This validated the use of our protocol to identify the pathogenic infectious agent behind a specific condition. This newly identified Coronavirus was further analysed and characterised. In a second study we used an unbiased mass sequencing approach to describe the RNA virus populations present in the duck respiratory tract during clinical episodes (respiratory illness or egg drops). Data showed an important viral diversity and we identified some candidate pathogens. Taken together, these results validate the use of high throughput sequencing as a powerful diagnostic tool.

L’étude des interactions hôtes-parasites est devenue un thème de recherche incontournable pour les sciences de l’évolution. Cette coévolution complexe dépend de nombreux compromis évolutifs et peut être grandement influencée par les facteurs environnementaux. Nous nous proposons ici d’étudier les interactions hôtes-parasites à plusieurs échelles, à travers des approches expérimentales et des études en populations naturelles, en étudiant les parasites de la malaria aviaire. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l’influence des caractéristiques de l’hôte et notamment au système immunitaire. Le système immunitaire est bénéfique pour l’hôte dans sa lutte contre le parasite, mais peut également engendrer des coûts immunopathologiques. Des traits d’histoire de vie, comme l’âge ou le statut social peuvent modifier la parasitémie au sein des hôtes, sans toutefois avoir d’effet sur la prévalence. Dans un second temps, l’effet de certains facteurs environnementaux a été évalué au sein des interactions hôtes-parasites. La température et la contamination en métaux lourds ont un effet sur la prévalence dans les populations, mais n’affectent pas la parasitémie. Au cours de cette thèse, nous avons également montré l’influence directe des parasites sanguins sur la structure génétique des populations hôtes, notamment au niveau des gènes du CMH. / Host-parasite interactions are one of the main topics in evolutionary sciences. This complex coevolution depends on several trade-offs and can be influenced by environmental factors. Here, we propose to study host-parasite interactions with a multi-level approach, using experimental and natural population studies, focusing on avian malaria parasites. First, we studied the effect of host characteristics, and more precisely the immune system. The immune system confers benefits in terms of protection against the parasite, but can also generated immunopathological costs. Life history traits, like age or social status, appear to modify parasitemia but not prevalence. In a second part, we evaluated the effect of environmental factors on host-parasite interactions. We found that temperature and heavy metal contamination had an effect on population prevalence, but not on host parasitemia. We also showed the direct parasite influence on host population genetic structure, and more precisely on MHC genes.

L'étude des interactions hôtes-parasites est devenue un thème de recherche incontournable pour les sciences de l'évolution. Cette coévolution complexe dépend de nombreux compromis évolutifs et peut être grandement influencée par les facteurs environnementaux. Nous nous proposons ici d'étudier les interactions hôtes-parasites à plusieurs échelles, à travers des approches expérimentales et des études en populations naturelles, en étudiant les parasites de la malaria aviaire. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l'influence des caractéristiques de l'hôte et notamment au système immunitaire. Le système immunitaire est bénéfique pour l'hôte dans sa lutte contre le parasite, mais peut également engendrer des coûts immunopathologiques. Des traits d'histoire de vie, comme l'âge ou le statut social peuvent modifier la parasitémie au sein des hôtes, sans toutefois avoir d'effet sur la prévalence. Dans un second temps, l'effet de certains facteurs environnementaux a été évalué au sein des interactions hôtes-parasites. La température et la contamination en métaux lourds ont un effet sur la prévalence dans les populations, mais n'affectent pas la parasitémie. Au cours de cette thèse, nous avons également montré l'influence directe des parasites sanguins sur la structure génétique des populations hôtes, notamment au niveau des gènes du CMH.

La surveillance de la santé se définit comme la production et le traitement de données destinées à informer les programmes de mitigation des risques sanitaires. La surveillance des maladies infectieuses animales est généralement considérée comme un bien public, impliquant la responsabilité de l’Etat. La surveillance des maladies émergentes transfrontalières, dont l’influenza aviaire hautement pathogène (IAHP), est même perçue comme un bien public mondial, justifiant un partage d’informations entre Etats. La forme la plus répandue de la surveillance, dite passive ou réactive, repose sur la communication d’acteurs privés ou publics d’informations qu’ils détiennent sur l’état sanitaire des populations animales qu’ils observent aux autorités en charge de la surveillance. La surveillance se trouve donc confrontée à la problématique des biens publics dont la gestion est dépendante de la décision décentralisée d’acteurs privés. Deux questions se posent alors : quels sont les facteurs qui influencent la décision de transmettre une information aux systèmes de surveillance publics ? Ces facteurs sont-ils purement financiers ou impliquent-ils d’autres types d’enjeux, qui font intervenir l’environnement social de l’individu, le territoire dans lequel il s’insère et ses rapports de pouvoirs ? Une autre question est celle de l’existence de réseaux d’information, établis entre acteurs privés et publics permettant d’alerter un maximum d’acteurs de l’apparition d’un risque sanitaire. Comment ces réseaux de constituent-ils ? Dans quelle mesure sont-ils liés aux systèmes de surveillance publics ? Quelles formes de gestion du risque, sous contrôle privé ou public, permettent-ils ? Le cas étudié est celui de l’IAHP due à H5N1 chez les volailles domestiques en Asie du Sud-Est. Une étude a été menée dans quatre zones d’échelle spatiale réduite réparties sur les deux pays, trois au Viet Nam et une en Thaïlande. La théorie des graphs a été appliquée à la diffusion de l’information sur les suspicions d’IAHP entre acteurs privés et publics des territoires avicoles. La structure de ces réseaux d’information est conditionnée par l’organisation politique des territoires ruraux, sous forme de villages, et par les filières dans lesquels s’insèrent les élevages présents dans les territoires. Dans les zones d’étude du Viet Nam présentant un grand nombre d’élevage commerciaux privés, les acteurs amont de la filière avicole commerciale, qui fournissent aliments et produits vétérinaires aux éleveurs, ont un accès privilégié à l’information issue du secteur avicole commercial et villageois. Dans la zone d’étude de Thaïlande, les acteurs impliqués dans les combats de coqs ont un accès privilégié à l’information issue des éleveurs villageois. Ces acteurs centraux dans les réseaux facilitent la diffusion spatiale des informations et l’accès de l’ensemble des éleveurs à ces informations. Les autorités vétérinaires sont présentes dans les réseaux mais la priorité qui leur est accordée est faible en comparaison aux acteurs privés de la filière. En parallèle, des entretiens qualitatifs ou semi-quantitatifs utilisant les outils de l’épidémiologie participative ont été menés afin d’identifier les enjeux associés à la déclaration des suspicions aux autorités vétérinaire. Les enjeux diffèrent selon les territoires et les types de production avicoles qui les composent. Ces enjeux vont au-delà des problématiques purement financières : risques sanitaires et nuisances environnementales pour le voisinage, responsabilité dans les pertes économiques des autres éleveurs et des partenaires commerciaux, et valeur affective et sociale de l’animal sont autant de composantes potentielles de la décision de l’éleveur de déclarer une suspicion aux autorités. Une partie de ces enjeux est liée aux mesures de contrôle mise en place par l’Etat face au risque sanitaire. Cependant, d’autres sont strictement associés à la diffusion de l’information. / Health surveillance is defined as the production and processing of data aimed at informing health risk mitigation programs. Surveillance of infectious animal diseases is usually considered as a public good, involving the responsibility of the state. Surveillance of transboundary emerging diseases, like HPAI, is even perceived as an international public good, justifying information sharing between countries. The most common type of surveillance, i.e. passive or reactive surveillance, is based on communications from private or public actors of the information they hold about the health status of animal populations they observe to authorities in charge of health surveillance. Animal health is therefore confronted with the problematic of public goods whose production depends on decentralized private decision. Two questions may be raised: what are the factors influencing the decision to transmit information to public surveillance systems? Are these factors solely of monetary nature or are they linked with other types of issues, among which the social environment of individuals, the place where they live and their power relationships? Another question relates to the existence of information networks established between private and public actors which enable to a part of the population of sanitary threats. How these are networks constituted? To which extent are they linked with public surveillance systems? Which type of risk management do they allow? The studied case is H5N1 HPAI in domestic poultry in Southeast Asia. A study was conducted in four areas of limited spatial scale distributed in two countries, three in Viet Nam and one in Thailand. Graph theory was applied to the diffusion of information related to HPAI suspicions between actors, private or public. The structure of these networks is shaped by the political organization of rural places, the villages, and by the value chains to which poultry farms belong. In study areas of Viet Nam with widespread commercial poultry farming, upstream actors of the value chain, supplying feed and veterinary products to farmers have better access to information from the commercial and backyard poultry farms. In the Thailand study area, actors participating in cock fighting games have a better access to information from backyard farms. These actors who are central in information networks facilitate the spatial spread of information and access of farmers to information from distant locations. Veterinary authorities are included in the information networks but their attributed priority is week in comparison with private actors of value chains. Besides, qualitative and semi-quantitative interviews were conducted, using tools of participatory epidemiology, in order to identify issues linked with suspicion reporting to veterinary authorities. Those issues differ according to places and types of poultry production. They go beyond purely monetary concerns: sanitary risks and environmental nuisances to the neighborhood, responsibility in economic losses of other farmers and commercial partners and social and affective value of animals are potential components of the decision of farmers to report a suspicion to veterinary authorities. A part of these issues are linked with disease control measures implemented by the state in response to sanitary risks. However, others are strictly associated with information spread. It is the case, for example, of impacts of information on poultry market prices.