DS0102 - Les risques sanitaires face aux changements environnementaux

Impact des changements environnementaux sur les organismes pathogènes dans les écosystèmes côtiers – ENVICOPAS

ENVICOPAS- IMPACT OF ENVIRONMENTAL CHANGES ON COASTAL PATHOGEN SYSTEMS

ENVICOPAS s’intéresse à la dynamique des organismes pathogènes humains et d’huître dans différentes conditions environnementales et aux liens entre ces organismes pathogènes et le microbiome de l’huître. Leur dispersion, leur potentielle accumulation par l’huître ainsi que leurs interactions avec le microbiome de l’huître seront explorés sur le terrain et expérimentalement. Ces travaux contribueront à développer des outils de prédiction dans un contexte de changement environnemental.

Enjeux et objectifs du projet ENVICOPAS

Les écosystèmes marins sont sensibles aux perturbations naturelles et liées à l’activité humaine. Des changements de conditions environnementales peuvent conduire à des modifications des communautés microbiennes marines. <br />Ces changements peuvent modifier la distribution et l’abondance des organismes pathogènes pour l’homme comme les Vibrios mais aussi pour les animaux marins comme les huîtres. <br />Les huîtres sont des invertébrés marins économiquement et écologiquement importants. Malheureusement, des épizooties répétées dues à des virus bactéries ou parasites protozoaires affectent ces coquillages. Bien que des travaux antérieurs aient permis d’identifier l’étiologie de ces maladies, il est aujourd’hui admis que l’émergence d’une maladie ne peut être comprise sans tenir compte du microbiome de l’hôte. <br /> <br />Dans ce contexte, ENVICOPAS vise à étudier et prédire l’impact des facteurs environnementaux sur la santé des océans en étudiant la distribution et la dynamique des principaux organismes pathogènes humains et d’huîtres dans des écosystèmes contrastés, en France et en Allemagne <br /> <br />Six objectifs scientifiques ont été plus particulièrement identifiés : <br />• Décrire la dynamique des communautés bactériennes dans les eaux côtières <br />• Décrire le microbiome de l’huître au cours d’épizooties <br />• Caractériser la niche écologique des Vibrios spp. pathogènes <br />• Etudier expérimentalement l’impact de perturbations environnementales sur les interactions microbiome/pathogène/huitre <br />• Modéliser la dynamique des principaux Vibrios pathogènes et organismes pathogènes d’huître <br />• Prédire les conséquences du changement climatique sur la distribution des Vibrio spp.

ENVICOPAS repose sur la collecte de données terrains, des travaux expérimentaux et des approches de modélisation.
La dynamique spatio-temporelle des communautés microbiennes, dont les Vibrios pathogènes, et les facteurs environnementaux influençant leur distribution est étudiée en France et Allemagne à travers une combinaison d’outils larges (métabarcoding et métagénomique) et spécifiques (MALDI-TOF MS).
De plus, le microbiome de l’huître (bacteries, virus, protistes) et ses associations avec des organismes pathogènes d’huître seront caractérisés au cours du développement d’infections in situ en France et Allemagne.
La niche écologique des Vibrios pathogènes sera déterminée expérimentalement en définissant leurs paramètres de croissance in vitro dans différentes conditions environnementales.
L’impact de perturbations environnementales expérimentales sur le microbiome de l’huître sera évalué en utilisant la même approche de séquençage que sur les échantillons du terrain.
De plus, la survie des huîtres sera étudiée dans le contexte d’infections expérimentales à des organismes pathogènes pour l’homme ou pour l’huître sous différentes conditions de température. Ces travaux expérimentaux contribueront par ailleurs au développement de modèles épidémiologiques.
Des modèles épidémiologiques compartimentaux disponibles pour Vibrio aestarianus et OsHV-1 seront complétés en évaluant l’influence de la température sur la transmission de ces organismes pathogènes.
Une approche similaire sera développée pour la première fois pour le parasite Bonamia ostreae.
Les données obtenues pour les niches écologiques permettront de développer un modèle permettant de comprendre et prédire l’apparition de Vibrio pathogènes et leurs bactériophages.
Enfin, des modèles hydrodynamiques haute résolution disponibles pour des sites allemands et français seront couplés aux modules biologiques précédemment présentés afin de prédire l’impact du changement climatique sur la distribution des Vibrios.

Le suivi des Vibrios pathogènes dans l’eau en 2016 a révélé la présence d’espèces pathogènes majeures pour l’homme. V. vulnificus et V. cholerae ont été isolées en été à des salinités supérieures à la salinité optimale pour leur croissance. De plus, de nouvelles amorces ont été dessinées pour étudier la diversité des Vibrios.
Le suivi des organismes pathogènes dans les huîtres en 2016 a révélé la présence d’OsHV-1 au cours de l’évènement de mortalité de naissain de C. gigas en mai. Des dynamiques différentes ont été notées pour les prévalences de Bonamia ostreae et Marteilia refringens dans les huîtres plates. Ce matériel biologique est maintenant prêt pour les analyses de metabarcoding pour évaluer l’impact des infections sur le microbiome de l’huître.
Des travaux ont permis de développer des approches d’extraction d’ADN et d’ARN à partir des prélèvements d’huître et d’amplification des bactéries et protistes dont les principaux organismes pathogènes d’huîtres. Ces outils seront utilisés pour caractériser le bactériome et le protistome dans les échantillons prélevés sur le terrain et dans les huîtres exposées à des perturbations expérimentales.
Après 3 semaines d’acclimatation à différentes températures ou traitement de l’eau aux UV, le naissain de C. gigas a été infecté à OsHV-1. La survie des huîtres est apparue influencée non seulement par la température mais aussi par le traitement de l’eau. Ces résultats confortent notre hypothèse initiale concernant l’implication du microbiome dans le développement des maladies.
Des travaux expérimentaux réalisés sur les juveniles de C. gigas ont démontré l’impact de la température sur la transmission et le développement de Vibrio aestuarianus. Ces résultats permettront de compléter le modèle théorique précédemment développé.
L’analyse bibliographique des données disponibles pour Bonamia ostreae a permis de proposer un modèle conceptuel de transmission du parasite et d’identifier les paramètres critiques de transmission.

Les prélèvements d’eau et d’huître ainsi que les travaux expérimentaux sont sur le point d’être finalisés.
Le dessin et l’utilisation d’amorces ftsZ pour les approches de métabarcoding permettront d’étudier la diversité des Vibrios.
Le protocole d’extraction d’ADN et ARN et d’amplification pour les protistes et bactéries sera utilisé pour caractériser le protistome et bactériome à partir des tissus et fluides d’huître.
Les potentielles associations entre microbiome et organismes pathogènes connus pour l’huître pourront ensuite être recherchées. Des approches de métagénomique sont également envisagées afin d’obtenir des séquences virales et de tenter de caractériser le virome de l’huître.
Les huîtres expérimentalement infectées à OsHV-1 ou Vibrio aestuarianus après une perturbation environnementale seront analysées en utilisant les approches de métabarcoding et métagénomique afin d’identifier les associations potentiellement bénéfiques ou néfastes entre microorganismes.
Les essais expérimentaux réalisés en 2016-2017 vont aussi contribuer à fournir les données nécessaires pour l’amélioration des modèles épidémiologiques déjà disponibles pour OsHV-1 et Vibrio aestuarianus.
Les paramètres critiques de transmission identifiés à travers le modèle conceptuel de Bonamia ostreae, tels qu’excrétion et survie du parasite, seront étudiés expérimentalement en 2018.
Le système d’équations différentielles ordinaires constituant le modèle de transmission de V. aestuarianus a été partagé avec les partenaires allemands impliqués dans les travaux de modélisation. Ces équations seront couplées avec les autres modules biologiques et les modèles hydrodynamiques afin de prédire les conséquences du changement climatique sur la distribution et transmission de la bactérie.

Dupont, S. ; Petton, B.; Toulza, E.; Lokmer, A.; Montagnani, C.; Desdevises, Y. ; Pecqueur, D.; Salmeron, C.; Guillou, L. ; Desnues, C. ; La Scola, B.; de Lorgeril, J. ; Mitta, G. ; Gueguen, Y. ; Escoubas, J.-M., Oyster’s blood microbiota: Bacteria, Protists and Viruses, What else? International Conference on Holobionts, Paris April 19-21, 2017. Poster
Lupo Coralie, Faury Nicole, Ezanno Pauline, Dupuy Beatrice, Papin Mathias, Dutta Bhagat Lal, Morga Benjamin, Renault Tristan (2016). First insights of transmission dynamics of the ostreid herpesvirus 1 (OsHV-1 µVar) between Pacific oysters, Crassostrea gigas, using experimental infection data. AquaEpi I-2016 - 1st scientific conference in Aquatic Animal Epidemiology. September 20-22, 2016, Oslo, Norway.
Arzul Isabelle, Baillon Laury, Chollet Bruno, Dubreuil Christine, Garcia Céline, Heloury Purotu, Hussenot Mathieu, Serpin Delphine, Pouvreau Stéphane (2016). Differential dynamics of Bonamia ostreae and Marteilia refringens in a same population of flat oyster, Ostrea edulis, in rade de Brest, Brittany, France. World Aquaculture Society, Aquaculture 2016 : All in for Aquaculture. 2016 February 22-26, Las Vegas, Nevada, USA.
Jacquin Justine. Impact des changements environnementaux sur les Vibrio spp. pathogènes pour l’Homme dans les écosystèmes côtiers. 2017. Rapport M2R. 38p.

La directive-cadre stratégie pour le milieu marin vise à atteindre « un bon état écologique du milieu » pour 2020. La surveillance de la santé et l’évaluation de l’état écologique des écosystèmes marins nécessitent cependant des descripteurs. Parmi ces descripteurs, les microorganismes marins infectant la faune ainsi que l’homme représentent des modèles d’intérêt. Ces organismes pathogènes peuvent en effet être associés à des problèmes de santé publique ou animale affectant des espèces marines d’importance économique et écologique telles que les huîtres.
Des mortalités massives d’huîtres sont de plus en plus fréquemment rapportées et ont été associées à des virus, des bactéries (essentiellement Vibrio) mais aussi des protozoaires. Ces phénomènes alarmants résultent d’une combinaison de facteurs directs et indirects qui ne sont que partiellement compris. Les huîtres hébergent un ensemble de micro-organismes résidents ou transitoires, appelé le microbiote, pouvant être source et/ou interagissant avec certains organismes pathogènes pour les huîtres ou pour d’autres espèces dont l’homme. L’étude de tels pathosystèmes apparaît donc essentielle pour des raisons économiques et de santé publique.
Cette tâche est cependant difficile en raison de la complexité des interactions biologiques qui doivent être considérées, entre l’huître, les organismes pathogènes de l’huître et/ou humain et le microbiote de l’hôte.
L’objectif d’ENVICOPAS est non seulement de décrire comment ces communautés de microorganismes coexistent et interagissent mais également de prédire comment certaines conditions environnementales sont favorables à la dispersion des organismes pathogènes et au développement de maladies. Dans le cadre du projet ENVICOPAS, nous proposons ainsi d’étudier la dynamique de ces organismes pathogènes en fonction de facteurs physiques environnementaux et de relier ces dynamiques aux changements observés dans le microbiote de l’huître.
La combinaison d’approches “in vitro/in silico/in situ” permettra de développer des outils prédictifs permettant d’évaluer la dispersion et la transmission d’organismes marins qu’ils soient pathogènes pour l’huître ou pour l’homme, l’accumulation de certains Vibrios pathogènes humains par les huîtres et les interactions complexes entre organismes pathogènes et microbiote sous différents scénarios environnementaux.
L’un des résultats attendus du projet est également de pouvoir proposer la structure et composition des communautés microbiennes dans les huîtres et l’eau comme un indicateur du bon état écologique du milieu marin.

Coordinateur du projet

Madame Isabelle ARZUL (Unité Santé, Génétique, Microbiologie des Mollusques (SG2M))

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Kuzulia Kuzulia
AWI Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research-AWI Waddenseastation Sylt
JUB Jacobs University Bremen-Department of Life Sciences and Chemistry
ICBM University Oldenburg-Institute for Chemistry and Biology of the Marine Environment
AWI Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research-Shelf Seas Systems Ecology
IFREMER Unité Santé, Génétique, Microbiologie des Mollusques (SG2M)
CNRS UMR7144 Station Biologique de Roscoff

Aide de l'ANR 604 095 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2016 - 36 Mois

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