Développement d'outils de typage moléculaire de haute résolution pour la détection et la différenciation de Bacillus anthracis

par Guillaume Girault

Thèse de doctorat en Sciences du vivant

Sous la direction de Sylviane Derzelle.


  • Résumé

    Bacillus anthracis est une bactérie pathogène de répartition mondiale qui est responsable d’une zoonose, le charbon bactéridien. Appartenant au genre Bacillus, elle possède la capacité de sporuler : cette particularité lui permet de rester en dormance dans les sols et de résister à de nombreux stress (UV, chaleur…). Infectant principalement les mammifères, cette bactérie est responsable de foyers animaux et humains recensés annuellement à travers le monde. Certaines régions sont endémiques, d’autres, comme la France, ne connaissent que quelques cas sporadiques par an. Malgré l’incidence décroissante de la maladie à travers le monde, B. anthracis reste néanmoins d’un intérêt majeur pour de nombreux pays étant donné son usage potentiel en tant qu’arme biologique. L’étude de cette bactérie a une finalité duale, d’une part pour la mortalité qu’elle cause au sein des cheptels bovins et de la faune sauvage, et d’autre part, pour son potentiel en tant qu’arme de destruction massive. Cette espèce bactérienne est considérée comme très clonale : toutes les souches sont extrêmement proches d’un point de vue génétique. Afin de pouvoir identifier précisément les souches et remonter à la source d’infection, diverses méthodes de diagnostic et de typage moléculaire sont disponibles. Cependant, toutes ne possèdent pas le pouvoir de résolution souhaité, la robustesse ou la simplicité d’utilisation. Mon travail a consisté à étudier la diversité des souches de B. anthracis disponibles en Europe. Pour cela, un séquençage du génome complet a été réalisé sur un panel d’environ 250 souches (France, Europe) afin de disposer d’une très grande diversité. Une analyse bioinformatique comparative a permis de reconstruire les génomes des isolats européens et l’identification de polymorphismes de séquence spécifiques à ces souches (ici, les Single Nucleotide Polymorphims = SNP). Ces marqueurs ont conduit à établir avec précision la phylogénie de 292 souches de B. anthracis au niveau mondial. Plusieurs hypothèses concernant les origines et l’évolution de ce pathogène ont été proposées. Une proposition d’une nouvelle sous-lignée a également été faite. Enfin, un panel de soixante nouveaux marqueurs de type SNP a été identifié et validé pour génotyper les groupes et lignées phylogénétiquement apparentés présents en Europe. Deux méthodes de biologie moléculaire basées sur l’amplification PCR de ces marqueurs SNP ont été mises au point. La première permet une analyse rapide à faible coût (PCR HRM) alors que la seconde permet un multiplexage des tests (Luminex). Mon travail a permis un accroissement significatif de la connaissance de ce pathogène qu’est B. anthracis. Les outils de typage mis en place permettront à la France de disposer d’un outil de diagnostic performant, assurant la traçabilité et l’identification rapide des souches impliquées lors de foyers de fièvre charbonneuse ou lors de cas importés.

  • Titre traduit

    Development of high resolution molecular typing tools for detection and differentiation of Bacillus anthracis


  • Résumé

    Bacillus anthracis is a pathogenic bacterium with a worldwide repartition. It is the causative agent of a zoonosis named Anthrax. Belonging to the Bacillus genus, B. anthracis has the ability to sporulate: this particularity allows the bacterium to stay as quiescent spores into the soils and to resist against different kind of stresses (UV, heat treatment…). Mammals are principally infected and human or animal outbreaks are reported annually in the world. Several regions are endemic while some others, like France, report more sporadic cases. Even if Anthrax incidence is in constant decrease all over the world, B. anthracis is still a pathogen of interest for many countries because of its potential use as a biological weapon. The study of this bacterium has a two-tier purpose: first, it is the cause of a relative mortality in livestock and wildlife, and second it is potentially used as a weapon of mass destruction. This bacterial species is considered highly monomorphic and all strains are extremely closed genetically. In order to precisely identify strains during outbreaks or bioterrorism attempt and track the source of infection, several diagnosis and typing methods are available. However, not all of these methods have the discrimination power, the robustness or the ease of use that is required in the laboratory. During this work, I have studied the diversity of European isolates of B. anthracis. A whole genome sequencing approach for approximately 250 strains has been done with a great diversity into strains (France, Europe). A comparative bioinformatic analysis allowed genomes reconstruction and polymorphisms identification among European isolates (Single Nucleotide Polymorphism = SNP). These markers leaded to establish a precise phylogeny among 292 B. anthracis isolates at a world level. Several hypotheses concerning the origins and the evolution of this pathogen have been proposed. A new sublineage has been potentially discovered. A panel of sixty SNPs has been identified and confirmed to genotype the major groups and lineages phylogenetically related in Europe. Two molecular typing approaches based on PCR amplification have been developed. Using the identified SNP, they can be used to discriminate strains between each others. The first one is a quick and low cost approach (PCR HRM) whereas the second can be used to multiplex a lot of analyses (Luminex). My work allowed a significative increase into B. anthracis knowledge. The typing tools developed will allow traceability and quick identification of the strains involved in an Anthrax outbreak or in a suspected bioterrorist attempt in France.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : AgroParisTech. Centre de Paris Claude Bernard. Bibliothèque.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.