Caractéristiques toxiniques et diversité génétique des souches de Clostridium perfringens impliquées dans des toxi-infections alimentaires collectives en Ile-de-France

Toxinic characteristics and genetic diversity of Clostridium perfringens strains implicated in foodborne ourbreaks in France

• Auteur / Autrice : Abakabir Mahamat Abdelrahim
• Direction : Michel-Yves Mistou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 15/02/2019
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de sécurité des aliments de Maisons-Alfort et de Boulogne-sur-Mer - Laboratoire de sécurité des aliments de Maisons-Alfort et de Boulogne-sur-Mer
• Jury : Président / Présidente : Claire Janoir
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Janoir, Stéphane Chailou, Olivier Firmesse, Anne-Marie Pourcher, Frédéric Carlin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Virulence (microbiologie)

Génome humain

Microbiologie alimentaire

Clostridium perfringens

Bactéries pathogènes

Mots clés libres

Bactérie pathogène alimentaire

Clostridium perfringens

Toxine

Microbiologie alimentaire

Typage moléculaire

Wgs

Food-Borne pathogen

Clostridium Perfringens

Toxin

Food microbiology

Molecular typing

Wgs

Résumé

Clostridium perfringens est une bactérie Gram-positive, sporulante et anaérobique communément présente dans les communautés microbiennes du tractus digestif (TD) des mammifères. L’espèce est à l’origine d’une grande variété de maladies chez l’homme et les animaux ; les différents types de pathologies humaines ou vétérinaires sont associées à 5 types toxiniques (A à E). Dans tous les pays développés, C. perfringens de type A est considérée comme une des principales causes de toxi-infections alimentaires collectives (TIAC), installée au deuxième ou quatrième rang selon les critères épidémiologiques retenus. Le rôle de l’entérotoxine CPE, codée par le gène cpe, dans les infections alimentaires à C. perfringens de type A est bien établi. Récemment l’analyse génomique a permis d’identifier de nouveaux gènes codant des toxines dont l’impact sur l’étiologie des TIACs à C. perfringens est totalement inconnu. Ce projet vise à explorer la diversité du potentiel de virulence au sein du type toxinique A. Il s’insère dans un objectif global d’élaboration de nouveaux critères rationnels de contrôle du risque microbiologique alimentaire. Au cours de cette thèse nous évaluerons la diversité génétique et phénotypique d’une collection unique de 100 souches de C. perfringens type A cpe+. Cette collection comporte des isolats d’origine variée: animale, alimentaire, environnementale. La collection comporte également des souches responsables de TIAC et notamment une vingtaine de souches isolée par notre laboratoire au cours des enquêtes d’investigation de TIACs diligentées par les Directions départementales de la Protection des Populations d’Ile de France au cours des 5 dernières années. Nous mènerons une analyse de typage de notre collection basée sur d’une part l’approche MLST classique sur le schéma déjà développé et d’autre part le profil toxinique des isolats en ciblant les 17 gènes identifiés codant des toxines. Cette analyse conduira à l’établissement d’une phylogénie des isolats. Les regroupements observés seront croisés avec les origines des souches et concernant la sous-collection de TIAC, avec les caractéristiques épidémiologiques recensées dans les bases de données des institutions sanitaires (INVS, ARS, DDPP). Nous utiliserons une approche basée sur le séquençage du génome complet pour déterminer la relation phylogénomiques entre les souches et définir des marqueurs spécifiques aux souches de C. perfringens-cpe+ et C. perfringens-cpe-. Enfin, en faisant appel aux ressources de la plate-forme d’analyse toxicologiques de l’ANSES à Fougères, nous souhaitons quantifier le potentiel cytotoxique des souches sur des lignées entérocytaires et rapprocher les données quantitatives obtenues de la diversité génétique, des profils toxiniques et des profils d’expression mesurées. Cette étude nous permettra de mieux connaître les souches dangereuses et de mieux évaluer le risque lié à ce pathogène

Clostridium perfringens is a Gram-positive bacterium, spore-forming anaerobic rod. It is a member of the microbiota of mammal digestive tract. Five toxinic types (A to E) are recognized which are associated to a variety of diseases in human and animals. In developed countries, Type A C. perfringens is a major cause of food-borne gastroenteritis (FBGE), ranking number 2 or 4 depending of epidemiological criteria. It has been demonstrated that the enteroxin CPE encoded by the cpe gene is essential to the development gastro-enteritis. Recently, genome analysis has identified additional genes encoding potential toxins for which no functional data are available and their role in FBGE is unknown. In this project we aim to explore the pathogenic potential among Type A C. perfringens strains. We will analyze the genetic diversity and the toxin-encoding potential in unique collection of 100 Type A cpE+ C. perfringens strains. This collection includes isolates of animal, food and environmental origins. It also contains food-isolates directly related to FBGE and especially 20 strains isolated in our laboratory during official epidemiological investigations in the Paris area this last five years. We will start the genetic characterization of the collection by MLST analysis following the published scheme on 8 house-keeping genes. Then, we will establish the new toxin profile based on 17 potentially encoding-toxin genes. This analysis will provide the phylogenetic relationships between isolates in the collection. The observed clustering will be combined with the origin of isolates and epidemiological characteristics obtained from health authorities (INVS, ARS, DDPP). A whole genome sequencing (WGS) approach will be used to infer phylogenomic relationships and determine specific genetic marquers to cpe-positive and cpe-negative C. perfringens strains. The expression level of 17 toxin-encoding genes will be measured in two conditions: rich medium and sporulation-inducing medium. These analyses will be performed by RT-PCR on the high-troughput PCR platform of the department. Finally, we will quantify the cytotoxicity of C. perfringens culture supernatants on enterocytes layers to correlate this parameter with epidemiology, phylogeny and expression data. We will perform the analysis in collaboration with the Anses toxicology platform on a selected set of strains. This thesis will provide novel data on the diversity of a major food-borne pathogen that and will give us further leverage to assess the risk associated with this species