Modélisation de niche écologique et son application aux maladies acquises de l'environnement, le cas de Mycobacterium ulcerans et l'ulcère de Buruli

Ecological niche modelling and its application to environmentally acquired diseases, the case of Mycobacterium ulcerans and the Buruli ulcer

• Auteur / Autrice : Kevin Carolan
• Direction : Jean-François Guégan, Danny Lo Seen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie/Parasitologie
• Date : Soutenance le 12/12/2014
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Maladies infectieuses et vecteurs : écologie, génétique, évolution et contrôle (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Guégan, Danny Lo Seen, Simon I. Hay, Bernard Cazelles, Laurent Gavotte, Sébastien Gourbière
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Simon I. Hay, Bernard Cazelles

Mots clés

Mots clés contrôlés

Facteurs de risque

Maladies infectieuses émergentes

Modèles écologiques

Niche écologique

Ulcère de Buruli

Mots clés libres

Ulcère de Buruli

Modèle de niche écologique

Mycobacterium ulcerans

Maladie infectieuse émergente

Modélisation du risque infectieux

Distribution spatiale

Buruli ulcer

Ecological niche model

Mycobacterium ulcerans

Emerging infectious disease

Environmental hazard maps

Spatial distribution

Résumé

L'ulcère de Buruli est une maladie émergente tropicale négligée. Il provoque une défiguration et une incapacité permanente pour les victimes. L'agent causal est Mycobacterium ulcerans. Cependant, le réservoir environnemental et le mode de transmission de cette bactérie ne sont pas connus. Les tentatives visant à gérer la maladie ont été freinées par le manque de connaissances concernant le mode de transmission ainsi que le réservoir environnemental de M. ulcerans. Certains écosystèmes et habitats ont été associés au risque de contracter cette mycobactérie, notamment les milieux aquatiques d'eau douce stagnants et perturbés par les activités humaines des régions tropicales. S'il n'existe pas de vecteur bien identifié, des insectes aquatiques Hémiptères sont fortement suspectés d'intervenir dans la vectorisation de cet agent infectieux à l'humain. Une compréhension complète de la distribution et du mode de transmission de la bactérie aiderait ainsi à la gestion de la maladie. Dans cette thèse, nous utilisons les outils issus de la modélisation de la niche écologique pour décrire la distribution de M. ulcerans. Suite à la construction d'un modèle au Cameroun, en Afrique Centrale, et testé avec une seconde base de données en Guyane Française (Amérique du Sud), nous trouvons que l'agent pathogène montre des variations saisonnières notables dans la répartition de nos sites d'étude, au Cameroun. Pendant la saison humide, M. ulcerans est plus fréquente dans les grands bassins versants et en absence de marécages, tandis que durant la saison sèche, la bactérie est plus présente dans les petits bassins versants où peuvent être présents dans les zones marécageuses. Notre étude a permis de générer des cartes de répartition de l'agent pathogène dans la région d'étude, qui pourront être utilisées dans des études ultérieures contribuant à mieux gérer le risque infectieux pour cette maladie. De plus, nous avons développé une modélisation des niches écologiques des insectes aquatiques soupçonnés d'être des vecteurs de l'agent pathogène. Basé sur un protocole d'échantillonnage d'insectes aquatiques qui couvre l'ensemble du Cameroun, nous avons construit un modèle suivant la méthode de l'entropie maximale. Ceci nous a permis d'interpoler notre modèle sur toute l'Afrique de l'Ouest. Nous avons ensuite testé une corrélation entre la répartition prévue des insectes potentiellement vecteurs, et la prévalence de l'ulcère de Buruli. Nous mettons en évidence une corrélation positive significative entre la répartition des insectes et la répartition de la maladie, et trouvons que cette corrélation varie significativement dans l'espace et le temps. Ceci est cohérent avec la possibilité d'une transmission multi-hôte pour cet agent pathogène. Enfin, en collaboration avec d'autres auteurs, nous avons pu explorer différents facteurs influençant la distribution de M. ulcerans, tels que les réseaux et la structure de la communauté biotique, ou encore l'impact de l'occupation du sol sur la distribution de l'ulcère de Buruli dans notre région d'étude d'Akonolinga au Cameroun. Et enfin nous avons testé le changement de distribution de la maladie à une plus grande échelle, entre le Bénin et le Nigeria. Cette thèse contribue à une meilleure compréhension de la distribution de Mycobacterium ulcerans et de l'ulcère de Buruli, fournissant des éléments de preuve d'une transmission multi-hôtes de la mycobactérie, ainsi que les premières cartes de répartition de l'agent pathogène pour la région d'Akonolinga au Cameroun.

The Buruli ulcer is an emerging environmentally acquired infectious neglected tropical disease. It causes permanent disability and disfigurement in victims. The causative agent is Mycobacterium ulcerans; however the environmental reservoir and mode of transmission of this bacterium are not known. Attempts to manage the disease have been hampered by lack of knowledge of the mode of transmission and the environmental reservoir of M. ulcerans. Certain environments have been associated with the disease, notably disturbed aquatic environments composed of small bodies of stagnant water. There is no known vector, though aquatic insects have been implicated as possible vectors. A full understanding of the distribution and mode of transmission of the bacterium would help in management of the disease.In this thesis, we use the tools developed in ecological niche modelling to describe the distribution of M. ulcerans. Following the construction of a model in Cameroon, Central Africa, and tested against a second database in French Guiana (South America), the pathogen is found to have notable seasonal changes in its distribution in our study sites in Cameroon. In the wet season, M. ulcerans is more common in large watersheds, while in the dry season the bacterium is more common in small watersheds. This enabled the generation of hazard maps of the pathogen distribution in the study region, which will be used in future studies and management of the disease. Following this we undertook ecological niche modelling to describe the distribution of the aquatic insects suspected to be vectors of M. ulcerans. Based on a sampling protocol that spanned the country of Cameroon, we undertake maximum entropy modelling, which enabled us to interpolate our model across all of West Africa. With these maps we explore the correlation between the predicted distribution of the insects to the prevalence of the Buruli ulcer. We find a significant positive correlation between the distribution of the insects and the distribution of the disease, and find that this correlation undergoes significant changes in space and time, consistent with the model of multi-vectorial transmission of the disease.Finally, in collaboration with other authors, we have assisted in exploring how the distribution of M. ulcerans changes according to community structure networks, how the distribution of the Buruli ulcer disease changes in our study region of Akonolinga, Cameroon, and how the distribution of the disease changes at a larger scale, between Benin and Nigeria. This thesis contributes to our understanding of the distribution and drivers of Mycobacterium ulcerans and the Buruli ulcer, providing evidence of multi-vectorial transmission of the disease, and the first hazard maps of the pathogen for Akonolinga, Cameroon.