La surveillance épidémiologique basée sur les données du laboratoire de microbiologie clinique : intérêt et possibilité de l'utilisation de la spectrométrie de masse MALDI-TOF

Epidemiological surveillance based on clinical laboratory data : interest and ability of MALDI-TOF mass spectrometry

• Auteur / Autrice : Audrey Giraud-Gatineau
• Direction : Hervé Chaudet, Gaëtan Texier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie santé. Recherche clinique et santé publique
• Date : Soutenance le 01/07/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'épidémiologie et de santé publique des armées (France) - Vitrome (Marseille) - Méditerranée Infection
• Jury : Président / Présidente : Pierre-Edouard Fournier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raymond Ruimy, Yolande Obadia
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Audrey Merens, Loïc Josseran

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectrométrie de masse MALDI

Maladies infectieuses -- Transmission

Microbiologie médicale

Épidémiologie

Bactéries

Mots clés libres

Surveillance épidémiologique

Spectrométrie de masse MALDI-TOF

MIDaS

Panspectrome

Analyse de clusters

Sous-Populations bactériennes

Epidemiological surveillance

MALDI-TOF mass spectrometry

MIDaS

Panspectrome

Cluster analysis

Species subgrouping

Résumé

Tous les agents infectieux n’ont en effet pas le même potentiel épidémique, et celui-ci peut fortement varier au sein d’une même espèce. L’identification bactérienne de routine est maintenant le plus souvent réalisée par spectrométrie de masse MALDI-TOF, dont l'utilité en épidémiologie a été démontré dans de nombreuses études. L’objectif principal de la thèse est de compléter la surveillance épidémiologique bactérienne déjà en place par une filière de traitement des spectres MALDI-TOF et ainsi faciliter par ailleurs la pré-investigation épidémiologique in-silico. Une étude descriptive sur la variabilité des spectres au sein d’une même espèce a été menée en explorant les diversités d'expression des pics des spectres MALDI-TOF. Les résultats ont permis d’apporter des éléments de compréhension sur l’organisation latente des pics co-occurrents en distinguant des pics communs d’espèce et des pics secondaires soutenant la discrimination de sous-populations. Une nouvelle filière de traitement des spectres MALDI-TOF a ainsi pu être construite. Son objectif est de rechercher l'existence de clusters présentant une proximité protéique dans une même temporalité. Ce processus s'appuie sur plusieurs méthodes spécifiques visant à contraster et à regrouper les spectres, à présenter graphiquement les résultats pour une interprétation épidémiologique facile, et à déterminer les pics spectraux discriminants avec leur possible identification à l'aide de bases de données de référence telles que UniProt. La filière fournit ainsi des informations essentielles sur une situation potentiellement épidémique.

All infectious agents do not have the same epidemic potential, and this can vary greatly within the same species, which complicates the implementation of public health strategies. Currently, routine bacterial identification is most often performed by MALDI-TOF mass spectrometry. Several studies have demonstrated the ability of this technique for epidemiological investigation. The main objective of the thesis is to supplement the bacterial epidemiological surveillance already in place by a MALDI-TOF spectra analysis pipeline and thus facilitate the in-silico epidemiological pre-investigation.We carried out a descriptive study on the variability of the spectra within the same species by exploring the diversity of MALDI-TOF spectra peak expressions. The results showed the latent organization of co-occurring peaks by distinguishing between species specific peaks and secondary peaks supporting the discrimination of subspecies. Following these elements, a new process for analyzing MALDI-TOF spectra was thus able to be built. Its objective is to seek the existence of clusters of spectra presenting a protein proximity and appeared at the same time. This process relies on several specific methods aimed at contrasting and grouping the spectra, graphically presenting the results for easy epidemiological interpretation, and searching for the discriminating spectral peaks with their possible identification using reference databases, such as UniProt. This process aims at providing essential information on a potentially epidemic situation by giving valuable information for epidemiological sensemaking.