La maladie de Newcastle est une de deux pestes aviaires qui, comme l’influenza, impactent fortement les élevages d’oiseaux domestiques par leur incidence clinique et leurs conséquences économiques sur la filière (contrôle des mouvements d’animaux, abattages sanitaires et préventifs). Des vaccins contre cette maladie ont été développés il y a plusieurs décennies à base de souches virales isolées dans les années 60. Ils assurent normalement une excellente protection clinique. Toutefois, depuis une dizaine d’années, des observations de terrain, principalement en Afrique et en Asie, font état d’échecs partiels de vaccination avec occurrence de foyers réduits dans des élevages a priori correctement vaccinés. En parallèle, des essais in vivo en conditions contrôlées ont établi que les vaccins actuels protégeaient bien cliniquement contre une épreuve avec des souches virulentes récentes mais n’empêchaient pas leur excrétion par les animaux vaccinés. Pour résoudre cette problématique, l’objectif de ce travail a été de générer une souche vaccinale plus efficace contre les souches virulentes circulant actuellement à l’échelle du globe. Pour générer des virus atténués modifiés, nous avons dû dans un premier temps améliorer le système conventionnel de génétique inverse. Nous montrons que la réduction du nombre de plasmides à 2 dans le système, permet de générer plus de virus atténués que le système conventionnel basé sur 4 plasmides. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à étudier le comportement in vitro de virus atténués et virulents équipés de marqueurs fluorescents. Nous montrons que seuls les virus virulents induisent un effet cytopathique in vitro. En revanche, les deux types de virus induisent une infection persistante à long terme sans effet cytopathique. Les cellules infectées de façon persistante résistent à une surinfection par un autre virus. En revanche, lors de co-infections simultanées, nous établissons qu’une cellule infectée par un premier virus peut s’infecter par un second virus lors d’un transfert direct de matériel viral d’une cellule à une autre par des extensions membranaires. Cette observation est remise en perspective par rapport à la capacité de ces virus à se recombiner chez l’animal telle qu’identifiée par des analyses bioinformatiques comparatives de différents isolats. En effet, nous montrons que des cellules peuvent s’infecter avec plusieurs virus par contact direct. Dans un dernier travail, une nouvelle souche vaccinale a été générée consistant à insérer des antigènes immunoprotecteurs d’un virus original isolé à Madagascar en 2008, dans un génome d’une souche vaccinale conventionnelle utilisée depuis plus de 50 ans. Nous montrons que cette nouvelle souche protège efficacement contre trois génotypes viraux dont deux circulant actuellement en Afrique et en Asie. / In addition to influenza, Newcastle disease is one of the two major diseases of poultry that strongly impact the animal health and farming owing to animal bans and depopulations. Vaccines against Newcastle disease are available. They have been developed some decades ago from isolates collected in the 60’s. They usually provide an excellent clinical protection. However, field reports of the last decade, mainly from Africa and Asia, suggest partial vaccination failures in some farms despite proper vaccination. In parallel, in vivo trials have shown that current vaccines provide a good clinical protection against a challenge with recent field strains, but do not prevent shedding of the challenge virus from vaccinated birds. To address this issue, one of the objectives of this study was to generate a new vaccine prototype with improved efficacy against virulent strains circulating worldwide. To generate new engineered attenuated viruses, we first developed an improved reverse genetics system. We demonstrate that the reduction of the number of plasmids to 2 compared to the conventional system based on 4 plasmids does not affect the performances of reverse genetics for virulent strains but significantly increases the yield of attenuated viruses. In a second step, we focused on the behavior of the attenuated and virulent viruses generated by reverse genetics. The viruses were tagged with fluorescent reporter genes to make easier they follow up in cell culture. We show that only virulent strains produce cytopathic effects in vitro. However, both attenuated and virulent strains are able to establish persistent infection in cells without cytopathic effects. Persistently infected cells resist to a super-infection by another virus. In contrast, after co-infection by two different viruses, we show that a cell infected by one virus can be infected by a second one by direct virus trafficking between the cells through cell membrane extensions. This observation supports the possibility of recombination events in the field which are frequently claim in the literature from comparative bioinformatics of field isolates and vaccine strains. Indeed, we show that cells can be infected by multiple viruses through direct contacts between cells. In a last step, a new vaccine prototype has been produced consisting in the substitution of immune-protective antigens in the conventional LaSota vaccine by their homologues derived from an original isolate of Madagascar (2008). We show that this prototype is protective against challenges with three different viruses, including two recent isolates from Africa and Asia.

Cette thèse évalue le risque d’émergence d’un pathogène via l’avifaune sauvage dans une région indemne en combinant deux approches : (1) L’étude de pathogènes partageant des caractéristiques éco-épidémiologiques communes avec le pathogène émergeant ; et (2) L’utilisation de données écologiques disponibles dans la région indemne. Le Chapitre 1 montre que l’étude de la circulation de pathogènes partageant des caractéristiques éco-épidémiologiques communes (Influenza Aviaire Faiblement Pathogène et Maladie de Newcastle) avec un pathogène émergeant (H5N1 HP) permet d’apporter des éléments d’information sur la circulation potentielle de ce pathogène en cas d’émergence. Les principales conclusions de ce chapitre nous permettent de construire les trois hypothèses testées aux chapitres suivants portant respectivement sur les étapes d’une émergence : introduction (Chapitre 2), circulation (Chapitre 3), et transmission à la faune domestique (Chapitre 4). Ces trois chapitres permettent une meilleure évaluation du risque d’émergence d’un pathogène (le H5N1 HP) dans une zone indemne (le DIN) à partir de méthodes basées sur les données écologiques disponibles dans cette zone indemne et obtenues à partir de techniques telles que le comptage aérien, la télémétrie satellitaire, ou la télédétection. Ils permettent notamment d’estimer que le risque d’émergence du H5N1 HP dans le DIN via l’avifaune sauvage est le plus élevé lors des mois de janvier à mars des années de faible crue, et que la Sarcelle d’été et le canard Pilet sont les deux espèces à surveiller en priorité. Cette thèse présente des travaux originaux combinant écologie, épidémiologie, et l’utilisation de nouvelles technologies. Le développement de ce type de méthodes pour d’autres systèmes hôtes-pathogènes permettra une meilleure compréhension dees mécanismes épidémiologiques et un meilleur contrôle de maladies émergentes.

La maladie de Newcastle est une maladie virale hautement contagieuse et dévastatrice chez la volaille. Bien que la biosécurité et lhygiène puissent savérer suffisantes pour lutter contre lintroduction de la maladie, la vaccination préventive est considérée comme une précaution supplémentaire et a été rendue obligatoire dans la plupart des pays européens dès les années 90 suite aux épidémies de ND. Cependant, lobservation dépizooties sporadiques témoigne des limites des programmes de prévention actuels. Dans ce contexte, de nombreuses alternatives vaccinales sont étudiées afin de limiter le risque dune infection par le NDV et de réduire la transmission virale, tout en prévenant les signes cliniques et la mortalité. Durant ce travail, la vaccination à un jour à laide dun vaccin atténué a été privilégiée et lamélioration de son efficacité par la co-administration avec ladjuvant chitosan et une primo-vaccination in ovo avec un vaccin recombinant rHVT-ND a été investiguée. Lobjectif de cette thèse consiste à étudier de manière approfondie limmunité induite chez le poulet par la vaccination contre la ND et à établir une corrélation entre les réponses immunitaires mesurées et la protection. Ces expériences ont montré linfluence du tropisme de la souche vaccinale de NDV sur linduction de limmunité à médiation cellulaire et sur le degré de la réponse immune locale en anticorps au niveau des tractus respiratoire et digestif. Cette réponse immune cellulaire spécifique du NDV a pu être renforcée par la co-administration du chitosan avec le vaccin atténué. Linterférence des anticorps maternels sur linduction dune réponse immune spécifique lors dune vaccination à un jour a également été validée. Cet impact négatif a pu être limité par une primo-vaccination in ovo avec un vaccin recombinant rHVT-ND. Enfin, le programme de vaccination combinant une primo-vaccination in ovo avec une vaccination à un jour avec un vaccin atténué co-administré avec le chitosan a permis daméliorer la protection contre les signes cliniques de la maladie mais également de diminuer lexcrétion virale lors dune infection virulente. Cette plus forte protection peut être corrélée avec linduction dune meilleure immunité à médiation cellulaire et une réponse immune locale accrue. Newcastle disease is a highly contagious and devastating condition of poultry. Although good biosecurity and hygiene practices can be sufficient to fight against this disease, the preventive vaccination is thought to be an additional precaution and is rendered compulsory in many European Union countries since the 90 after ND epidemic. Nevertheless, enzootics and epizootics that are sometimes reported point out the limitations of current vaccination regimens. In this context, different approaches have been investigated in order to prevent infection by NDV, reduce the transmission of the virus and eliminate clinical signs and mortality. In this work, we have selected the vaccination at day-old with attenuated ND vaccine and we have attempted to increase its efficacy by the co-administration with chitosan adjuvant and by an in ovo injection of a rHVT-ND vaccine. The aim of this present work was to evaluate the immunity induced by ND vaccination and the establishment of the correlation between the recorded measurement and the protection. These experiments showed the influence of the tropism of the ND vaccine strain on the NDV-specific antibody-mediated immunity in the respiratory and digestive tracts and on the cell-mediated immunity. This NDV-specific cellular immune response was improved by the co-administration of chitosan with the ND attenuated vaccine. It was also observed that the presence of MDA interferes with the establishment of a persisting good protective immunity after a single day-old vaccination. The use of rHVT-ND vaccine applied in ovo as primo-vaccination allowed overcoming this negative interference of MDA. Finally, the innovative rHVT-ND/live ND-chitosan vaccination regimen provided the highest protection against mortality and morbidity as well as the strongest reduction of virus shedding, which could be related to a higher measured cellular immune response and local antibody-mediated immunity.

La maladie de Newcastle (MN) et l'influenza aviaire (IA) sont des maladies virales d'importances majeures. L'aviculture malgache est dominée par de petits élevages familiaux. Plusieurs facteurs de risque d'IA et de MN décrits dans la littérature sont présents à Madagascar. Les objectifs de cette thèse sont de déterminer les facteurs de risque associés à la transmission des virus de la MN et de l'IA ; d'évaluer leur niveau de circulation et leur incidence clinique ; d'étudier le rôle des circuits de commercialisation des volailles dans leur diffusion et de proposer des mesures de surveillance adaptées.Les sites d'étude étaient Antananarivo et son pourtour, et le Lac Alaotra. Une étude exploratoire des facteurs de risque a été effectuée, suivie d'une.surveillance épidémiologique événementielle et d'une épidémiologie participative pour estimer l'incidence clinique des maladies. Le rôle des circuits commerciaux a été évalué par des méthodes d'analyse de réseaux sociaux.La circulation des 2 virus était plus importante au Lac Alaotra, caractérisé par les rizières, les eaux de surface et les palmipèdes. Les élevages de basse-cour et les élevages de poulets à haut niveau relatif de protection sanitaire étaient les plus à risque à la MN Antananarivo. Leurs profils de facteurs de risque étaient l'absence de mesure de biosécurité et un contact avec plusieurs marchés pour le premier ; et une densité élevée, les visites des auxiliaires d'élevage et des collecteurs d'œufs et un contact avec d'autres acteurs pour le second. Il n'y a pas de circulation d'IAH, la MN est la maladie dominante avec un taux de mortalité de 44%. Le rôle du circuit de commercialisation a été confirmé. Les villages ayant les plus fortes connexions commerciales étaient les plus exposés à la MN mais constituaient aussi des super-diffuseurs de virus. L'association de plusieurs méthodes de surveillance a été discutée pour en améliorer la sensibilité, la faisabilité pratique et l'efficacité. / Newcastle disease (ND) and avian influenza (AI) are major poultry viral diseases. Poultry production in Madagascar is dominated by smallholder family system. Several risk factors for both diseases described in the literature are present in Madagascar: The objectives of this thesis were to determine the risk factors associated with transmission of AI and ND viruses; evaluate the intensity of their transmission and their clinical incidence; study the role of poultry trade network in their spread and suggest surveillance adapted to local conditions.Study sites were: Antananarivo and its surrounding and the Lake Alaotra. An exploratory study of risk factors was carried out. Passive surveillance and participatory surveys were combined to assess the incidence and clinical impact of AI and ND. The role of poultry-trade network was assessed using social network analysis methods. Higher circulating level for both viruses was observed in Lake Alaotra which is characterized by large paddy fields and surface water, and a high density of domestic waterfowl. At the farm level, backyard chicken and chicken farms with some biosecurity awareness were associated with higher risk of ND in Antananarivo. Risk factors associated with them were lack of biosecurity measures and contact with many markets for the former, and a high density of poultry, high exposition to the visits of animal health workers, egg collectors and multiple interactions with other poultry stakeholders for the second. There was no evidence of HPAI circulation The major infection was ND with an overall mortality rate of 44%, within observed outbreaks. The role of poultry trade in the spread of these viruses was confirmed. Villages with the highest commercial connections were the most exposed to ND. They were also super-spreaders of these viruses. The relevance of the specific combination of several methods of surveillance was discussed to improve their sensitivity, practical implementation, and effectiveness.

La viande de volaille et les oeufs constituent une source de protéines bon marché mais la production avicole est menacée par deux maladies virales, la grippe aviaire hautement pathogène et la maladie de Newcastle, ayant des implications économiques et de santé publique à travers le monde. L'introduction du virus de l'influenza aviaire (AIV) hautement pathogène H5N1 en Afrique en 2006 a souligné la nécessité d'une meilleure compréhension d'AIV en Afrique. Grâce à des études de surveillance, nous avons constaté que le virus H5N1 ne circulait plus après 2008 en Afrique subsaharienne. Toutefois, les analyses phylogénétiques réalisées sur le génome de virus faiblement pathogènes H5N2 trouvés chez des oiseaux sauvages au Nigeria ont révélé des caractéristiques de virus réassortants. La similitude d'un gène avec ceux trouvés dans d'autres virus d'Afrique australe renforce l'idée qu'AIV est capable de persister et circuler en Afrique. Nous avons également montré que de nouvelles souches virulentes du virus de la maladie de Newcastle (NDV) constituent la majorité des souches détectées. Leur distance génétique par rapport aux autres souches de NDV connues, leur diversité génétique et leur dispersion géographique suggèrent que ces souches ont probablement évolué localement, circulent depuis un certain temps dans la région et que le commerce et le mouvement d'animaux ont contribué à leur propagation. Nos résultats suggèrent également que la contribution des oiseaux sauvages à la dispersion des souches virulentes du NDV est probablement limitée. Au Luxembourg cependant, les oiseaux sauvages pourraient être un acteur important pour l'introduction du NDV / Poultry meat and eggs constitute one of the cheap sources of protein around the world but poultry production is threatened by two main viral diseases, highly pathogenic avian influenza and Newcastle disease, with economic and public health implications worldwide. The introduction of highly pathogenic avian influenza H5N1 virus in Africa in 2006 highlighted the necessity of a better understanding of avian influenza virus (AIV) in Africa. Through surveillance studies, we found that H5N1 virus was not circulating anymore in sub-Saharan Africa after 2008. However, phylogenetic analyses performed on the genome of low pathogenic H5N2 viruses found in wild birds in Nigeria revealed that they were reassortants. The similarity of one gene to those found in other AIV viruses from Southern Africa strengthened the hypothesis that AIV may actually persist and circulate in Africa. We have shown that new virulent strains of Newcastle disease virus (NDV) constituted the majority of the strains detected. Their genetic distance compared to other NDV strains, their genetic diversity and their geographic dispersion in West and Central Africa suggested that these strains probably evolved locally, that they circulated for some time in the region and that trade and movement of animals likely contributed to their spread. Our findings also suggested that the contribution of wild birds to the dispersion of virulent strains of NDV was probably limited. In Luxembourg however, wild birds may be an important player for the introduction of NDV strains

La maladie de Newcastle (MN) grève lourdement les productions aviaires malgaches, essentielles à l'alimentation et à l'économie familiales. La MN est une dominante pathologique en l'absence de vaccination généralisée. L'objectif de cette thèse est la modélisation, la validation et l'analyse mathématique de modèles de transmission du virus de la MN (VMN) dans les systèmes avicoles villageois en général et à Madagascar en particulier. Nous proposons de nouveaux modèles basés sur les connaissances actuelles de l'histoire naturelle de la transmission du VMN. Ainsi, nous présentons deux modèles mathématiques à compartiments de la transmission du VMN dans une population de poules : un premier modèle avec transmission environnementale et un deuxième modèle où la vaccination contre la maladie est prise en compte. Nous présentons une analyse complète de la stabilité de ces modèles à l'aide des techniques de Lyapunov suivant la valeur du taux de reproduction de base R0. Le travail s'est appuyé sur des enquêtes de terrain pour comprendre les pratiques de vaccination actuelles à Madagascar. / Newcastle disease (ND) severely harms Malagasy bird productions, mainly uses to food and family economy. ND is a pathological dominant without general vaccination. The objective of this thesis is modelling the transmission of ND virus (NDV) in smallholder chicken farms in general and, Madagascar in particular. We propose new models based on the state of art and the epidemiology currently known from the transmission of the NDV. Thus, we present two models of the transmission of NDV: a first model with environmental transmission and a second model in which imperfect vaccination of chickens is considered. We present a thorough analysis of the stability of the models using the Lyapunov techniques and obtain the basic reproduction ratio R0. This work is based on field surveys to understand the current vaccination practices in Madagascar.

Cette thèse évalue le risque d’émergence d’un pathogène via l’avifaune sauvage dans une région indemne en combinant deux approches :(1) L’étude de pathogènes partageant des caractéristiques éco-épidémiologiques communes avec le pathogène émergeant ;et (2) L’utilisation de données écologiques disponibles dans la région indemne.<p>\ / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le déoxynivalénol (DON) est l'une des mycotoxines trichothécènes les plus abondantes et les plus importantes produites par les espèces de Fusarium. Les aliments contaminés par les mycotoxines peuvent affecter négativement la santé des poulets de chair. La présente étude a été menée pour évaluer les effets du déoxynivalénol (DON) sur les performances des poulets de chair, le poids des organes, les paramètres biochimiques sériques, la réponse immunitaire et l'histologie intestinale. L’expérience a permis d’évaluer l'efficacité d'un additif alimentaire commercial, basé sur les synbiotiques (SFA), et ayant la capacité d'oxyder le DON. Au total, six cents poussins mâles d'un jour d'une souche commerciale (Ross 308) ont été vaccinés avec un vaccin vivant combiné contre le virus de la maladie de Newcastle (NDV) et le virus de la bronchite infectieuse (IBV) et ont été répartis de façon aléatoire entre 6 traitements (100 oiseaux dans chaque groupe) pour 5 semaines. Ces groupes ont été nourris avec la même nourritures naturellement contaminés par DON mais à des concentrations différentes : < 0,5 (régime témoin), 1,5 et 3 mg/kg avec et sans SFA à 250 g/tonne. Les paramètres, y compris le poids corporel, la consommation d'aliments, et le taux de mortalité, ont été enregistrés sur une base hebdomadaire. De plus, des échantillons de sang ont été prélevés sur quatre oiseaux de chaque groupe pour déterminer les caractéristiques biochimiques sériques, et les titres d'anticorps contre NDV et IBV. Au cours de la semaine 5, quatre des poulets sélectionnés ont été euthanasiés, et les organes, coeur, foie, rate, bourse de Fabricius, ont été pesés. Des tissus de l'intestin, segments de 2 cm du duodénum, du jéjunum, de l'iléon et du cæcum, et de la bourse de Fabricius et thymus ont été prélevés pour des examens histologiques. Les résultats obtenus démontrent que les oiseaux dont l’alimentation était contaminée au DON présentaient une diminution (P < 0,05) du poids moyen aux jours 28 et 35 par rapport aux groupe témoin et groupes traités avec le SFA. De plus, l'inclusion de DON dans l'alimentation a réduit le titre d'anticorps contre le NDV (P < 0,05) et l'IBV (P < 0,001). Les paramètres biochimiques sériques, et le poids des organes pendant toute la période expérimentale (P > 0,05) n’ont pas montré de différences significatives. De plus, chez les oiseaux nourris avec des aliments contaminés, le DON a provoqué un processus de nécrose au niveau des villosités du duodénum et du thymus. Cependant, cela n'a pas modifié la morphométrie du tissu intestinal et de la bourse de Fabricius. Il a été conclu que les performances des poulets de chair, ainsi que la réponse vaccinale et paramètres histologiques, étaient négativement affectées par une alimentation contaminée par le DON. La supplémentation alimentaire avec un additif alimentaire à base de synbiotiques, serait une alternative pour atténuer les effets causés par cette mycotoxine chez les oiseaux. / Deoxynivalenol (DON) is one of the most abundant and important trichothecene mycotoxins produced by Fusarium species. Mycotoxin-contaminated feeds may negatively affect broiler chickens’ health, a sustainable approach to achieve mycotoxin elimination is necessary. An experiment was conducted to study the effects of deoxynivalenol (DON) on the performance of broilers, organ weights, serum biochemical parameters, immune response, and intestinal histology and to evaluate the efficacy of a commercial feed additive, based on synbiotics (SFA), with the ability to deepoxidize DON. In total, six hundred 1-d-old male broiler of a commercial strain (Ross 308) were vaccinated with combined live Newcastle disease virus (NDV) and infectious bronchitis virus (IBV) vaccine and were randomly allotted to 6 dietary treatments (100 birds in each group) for 5 wk. These groups were fed 3 diets naturally contaminated with DON at concentrations of < 0.5 (control diet), 1.5, and 3 mg/kg with and without SFA at 250 g/ton. The parameters including body weight, feed intake, and mortality rate were recorded on a weekly basis. In addition, weekly blood samples were collected from four birds in each group to determine serum biochemical characteristics and antibody titers to NDV and IBV. In week 5, four selected chickens were euthanized, and organs (heart, liver, spleen, bursa of Fabricius) were weighed. Tissues from intestine (2-cm segments of duodenum, jejunum, ileum, and caecum) and immune system (bursa of Fabricius and thymus) were collected for further histological examinations. The results indicated that DON-challenged birds had decreased (P < 0.05) average body weight (ABW) at days 28 and 35 as compared to control and treated groups with SFA. Furthermore, the inclusion of DON in the diet reduced antibody titer against NDV (P < 0.05), and IBV (P < 0.001). However, there were no significant differences in serum biochemical parameters and organs weight during the whole experimental period (P > 0.05). Moreover, in birds fed contaminated diets, DON caused necrosis in duodenum villus and in the thymus but did not alter the intestinal or the immune system morphometrics. It was concluded that broiler performance, histological, and immunological parameters were adversely affected by feeding diets contaminated with DON. However, the dietary supplementation with Synbiotics as a detoxifying agent would be an alternative to alleviate adverse effects on birds.