Acquisition de nouvelles connaissances génétiques sur les souches de Mycobacterium bovis, circulant en France, par l’approche du séquençage du génome complet. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2022

Acquisition of new genetic knowledge on Mycobacterium bovis strains circulating in France through whole genome sequencing.

Acquisition de nouvelles connaissances génétiques sur les souches de Mycobacterium bovis, circulant en France, par l’approche du séquençage du génome complet.

Ciriac Charles

Abstract

Mycobacterium bovis (M. bovis) is the etiological agent of bovine tuberculosis (bTB), a zoonotic disease with a high socioeconomic impact. After having reduced the prevalence of this disease below 0.1% for 6 years, France was recognised bTB free in 2001 which is a very advantageous situation for trading. However, this status is threatened in the recent years by the re-emergence of bTB in some French regions. BTB outbreaks are present in very localized areas and are due to persistent M. bovis strains with specific genotypes (defined by spoligotyping and MLVA typing). It is therefore important to understand if among the reasons for bTB increase, genetic factors linked to these dominant genotypes could be included. Furthermore, the transmission link between infected animals (which can involve those of different cattle herds and different wildlife species) remains difficult to establish in regions sharing the same M. bovis genotype. Analysis of whole-genome single nucleotide polymorphisms compared with appropriate reference genomes can accurately differentiate field strains. However, new whole genomes closer to the French field strains are needed to perform these studies. Ten new complete genomes were sequenced using MinION and Illumina technologies. Despite the high stability of M. bovis genome, their characterization and comparison allowed a better description of genetic lineages by defining specific genetic criteria for some of them. The use of complete genomes allows a better genomes annotation which improves our knowledge of the genetic diversity of the M. bovis genomes. The copy number of an insertion sequence, IS6110, was found to be variable between the different complete genomes. This sequence plays an important role in genome plasticity of the human pathogen Mycobacterium tuberculosis and was found in high copy numbers in representative genomes of highly prevalent genotypes whereas M. bovis is considered to have one or very few copies. We therefore studied the abundance and location of IS6110 in a larger panel of M. bovis genomes representative of the French diversity. These results confirmed that the most persistent genotypes were those with multiple copies of IS6110 and that two of the most common genotypes found in France in recent years present a very high copy number (more than 10). Further studies on 3 important genotypes, SB0120-DHV, SB0120-CO and a sub-group of Cluster A/F4 family, which are respectively found in Dordogne and Haute-Vienne, Côte d’Or and Atlantic Pyrenees (French regions), showed a quite high stability of IS6110 number and their insertion site between host species over 6-to-17-year periods. IS6110-related genetic changes did not appear to occur for host adaptation as suggested for highly prevalent Mycobacterium tuberculosis strains. This work has improved our knowledge on the M. bovis lineages circulating in France and worldwide by establishing a list of genetic characteristics specific to them. Some of these, such as IS6110, seem to be correlated with the epidemiological success of certain genotypes. The new genomes will help to better understand the bTB transmission dynamics in multihost systems and to implement more effective control measures to eradicate the disease in these areas.
Mycobacterium bovis (M. bovis) est l’agent étiologique de la tuberculose bovine (bTB) qui est une maladie zoonotique ayant un fort impact socioéconomique. Après avoir réduit la prévalence de cette maladie en dessous de 0,1% pendant 6 ans, la France a été reconnue indemne de bTB en 2001, ce qui est une situation très avantageuse pour le commerce. Ce statut est néanmoins menacé ces dernières années par la réémergence de la bTB dans certaines régions françaises. Ces foyers de bTB présents dans ces régions très localisées sont dus à des génotypes (défini par le profil spoligotype et le typage MLVA) spécifiques et persistants de ces régions. Il est donc important de comprendre si des facteurs génétiques liés à ces génotypes dominants peuvent expliquer leur succès épidémiologique. De plus, le lien de transmission entre les animaux infectés (pouvant impliquer des bovins domestiques et la faune sauvage) reste difficile à établir dans les régions partageant le même génotype de M. bovis. L’analyse des polymorphismes mononucléotidiques du génome entier comparé à des génomes de référence appropriés peut différencier précisément les souches de terrain. Cependant, de nouveaux génomes complets génétiquement plus proches des souches françaises de terrain sont nécessaires pour améliorer ces études. Dix nouveaux génomes complets ont été séquencés avec les technologies MinION et Illumina. Malgré la grande stabilité du génome de M. bovis, la caractérisation et la comparaison des 10 génomes ont permis de mieux décrire les lignées génétiques identifiées en France en définissant des critères génétiques spécifiques pour certaines d'entre elles. L’utilisation de génomes complets permet une meilleure annotation des génomes ce qui améliore nos connaissances sur la diversité génétique des génomes de M. bovis. Le nombre de copies d’une séquence d’insertion, IS6110, s’est avéré variable entre les différents génomes complets. Cette séquence joue un rôle important dans la plasticité du génome de Mycobacterium tuberculosis et a été retrouvée en grand nombre dans des génomes représentatifs de génotype très prévalent alors que M. bovis est considéré comme ayant une ou très peu de copies. Nous avons donc étudié l'abondance et la localisation d'IS6110 dans panel plus large de génomes de M. bovis représentatifs de la diversité française. Ces résultats ont confirmé que les génotypes les plus persistants étaient ceux présentant plusieurs copies d'IS6110 et que deux des génotypes les plus retrouvés en France ces dernières années avaient plus de 10 copies. Des études supplémentaires sur 3 génotypes majoritaires, SB0120-DHV, SB0120-CO et un sous-groupe du cluster A/ famille F4, qui sont respectivement très présents dans les régions françaises de Dordogne et Haute-Vienne, Côte d'Or et Pyrénées-Atlantiques, ont montré une grande stabilité du nombre d'IS6110 et de leur site d’insertion entre les espèces hôtes sur des périodes de 6 à 17 ans. Les changements liés aux IS6110 ne semblent pas se produire lors de changement d’hôte, comme cela était suggéré pour la lignée Beijing de M. tuberculosis. Ce travail a permis d'améliorer nos connaissances des génotypes de M. bovis circulant en France et dans le monde en établissant des listes de caractéristiques génétiques. Certains évènements génétiques, comme l'insertion d’IS6110, semblent être corrélés au succès de certains génotypes. Les nouveaux génomes permettront de mieux comprendre la dynamique de la transmission de la bTB dans les systèmes multi-hôtes et de mettre en place des mesures de contrôle plus efficaces pour éradiquer la maladie dans ces zones.
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Cite

Ciriac Charles. Acquisition de nouvelles connaissances génétiques sur les souches de Mycobacterium bovis, circulant en France, par l’approche du séquençage du génome complet.. Médecine vétérinaire et santé animale. 2022. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03968029⟩

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