Évaluation et prise en compte de l’incertitude diagnostique des tests utilisés pour le dépistage sérologique des infections par Coxiella burnetii chez les ruminants domestiques

Evaluation and consideration of the diagnostic uncertainty of tests used for the serological screening of Coxiella burnetii infections in domestic ruminants

• Auteur / Autrice : Thibaut Lurier
• Direction : Elsa Jourdain, Florence Ayral
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie - Santé
• Date : Soutenance le 05/10/2021
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité Mixte de Recherche Épidémiologie des maladies animales et zoonotiques
• Jury : Président / Présidente : Marc Tabouret
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elodie Rousset, Marie-Laure Delignette-Muller, Fabien Subtil
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Fourichon, Claude Saegermann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Infections

Ruminants

Coxiella burnetii

Fièvre Q

Mots clés libres

Fièvre Q

Modèle à classes latentes

Bayésien

Performance diagnostique

Facteurs de risque

Valeurs prédictives

Surveillance

Bovin

Caprin

Ovin

Q fever

Latent class model

Bayesian

Diagnostic accuracy

Risk factor

Predictive values

Surveillance

Cattle

Goats

Sheep

Résumé

La fièvre Q est une maladie zoonotique causée par la bactérie Coxiella burnetii. La plupart des cas cliniques humains recensés sont liés à une exposition à des ruminants domestiques excréteurs de la bactérie. Chez les ruminants domestiques, en raison de la présence de porteurs latents et de l’excrétion intermittente de la bactérie, les tests sérologiques de type ELISA sont recommandés par l’OIE pour témoigner d’infections passées ou en cours. Cependant, il n’existe pas de méthode gold standard permettant de déterminer avec certitude le statut sérologique des individus. À ce jour, trois tests ELISA (ci-après nommés test 1, 2, 3) sont commercialisés en Europe, mais leurs performances diagnostiques sont mal connues. La thèse est divisée en trois parties avec respectivement pour objectifs : (1) d’estimer les performances diagnostiques chez les bovins, ovins et caprins des trois tests ELISA commercialisés en Europe pour le diagnostic sérologique des infections par C. burnetii ; (2) d’estimer les séroprévalences réelles des infections par C. burnetii chez ces trois espèces de ruminants domestiques sur la base du test 2 en prenant en compte son incertitude diagnostique ; (3) de construire un outil en ligne d’aide à l’interprétation des plans de dépistage sérologique en intégrant les estimations réalisées dans les parties 1 et 2. Les travaux s’appuient sur les données collectées dans le cadre du dispositif de surveillance de la fièvre Q mis en place entre 2012 et 2014 dans dix départements français. La base de données comprend 9 972 bovins, 5 024 caprins et 7 632 ovins échantillonnés dans 1 602 élevages sélectionnés de façon aléatoire. Tous les échantillons de sérum ont été analysés avec le test 2 par un panel de laboratoires d’analyses vétérinaires et environ 20 % (n= 4 319) ont également été analysés avec les tests 1, 2 et 3 au laboratoire national de référence de la fièvre Q. Les performances diagnostiques des trois tests ELISA pour chaque espèce de ruminant ont été estimées à l’aide d’un modèle à classes latentes prenant en compte la dépendance conditionnelle entre les trois tests. L’incertitude diagnostique estimée pour le test 2 a permis d’étudier la distribution de la proportion d’élevages séropositifs selon les départements (séroprévalence inter-élevage) et la proportion d’animaux séropositifs selon les élevages (séroprévalence intra-élevage) pour chacune des espèces. Enfin, une application Shiny libre d’accès à destination des acteurs de terrain a été développée pour permettre d’estimer la probabilité que l’individu testé ou le troupeau dépisté soit réellement séropositif sachant les caractéristiques de l’élevage, le contexte épidémiologique et les résultats du plan de dépistage réalisé. L’ensemble de ces travaux permet de mieux interpréter les résultats obtenus avec ces tests ELISA dans le cadre d’un dépistage ciblé ou d’un programme de surveillance de la fièvre Q à l’échelle d’élevages, de régions, voire de pays. Ils proposent donc des éléments de réponses aux exigences réglementaires récemment mises en application dans le cadre du Règlement (UE) 2018/1882 et catégorisant la fièvre Q comme une maladie de catégorie E à surveillance obligatoire.

Q fever is a zoonotic disease, caused by the bacterium Coxiella burnetii. Most of human clinical cases are related to an exposition to domestic ruminants. Because domestic ruminants may be latently infected or intermittently shed the bacterium, serological methods such as ELISA are recommended by the OIE for the detection of past or present infections by C. burnetii. However, no gold standard method is available to assess with certainty the serological status of an animal. To date, three ELISA tests (later referred to as test 1, 2 and 3) are commercialized in Europe but their diagnostic performances are not well known. The thesis manuscript is divided into three parts, with the objectives: (1) to assess the diagnostic performances of the three ELISA tests commercialized for the serological diagnosis of C. burnetii infection in cattle, sheep and goats; (2) to assess true seroprevalence levels in these three domestic ruminant species based on test 2 while accounting for the diagnostic uncertainty of this test; (3) to develop an online tool to help stakeholders interpreting the results of a serological screening plan based on the results obtained in parts 1 and 2.This work is based on data collected for the Q fever surveillance program performed between 2012 and 2014 in 10 French departments. The database includes serological results from 9,972 cattle, 5,024 goats and 7,632 sheep sampled from 1,602 herds randomly selected. All samples were analyzed with test 2 and approximately 20% (n= 4,319) were also analyzed with tests 1, 2 and 3 at the French national reference laboratory for Q fever.Diagnostic performances of the three ELISA tests were assessed using a latent class model accounting for the diagnostic accuracy between the three tests. Diagnostic uncertainty values estimated for test 2 were used to model the distribution of the proportion of true seropositive herds in each department (within-herd seroprevalence) and the proportion of true seropositive animals in seropositive herds (within-herd seroprevalence) for each ruminant species. Finally, a freely accessible Shiny application was designed so that stakeholders may assess the probability that an animal tested or a herd screened is truly seropositive given the herd’s characteristics, the epidemiological context and the results of the screening plan performed. This work allows better interpreting ELISA results obtained as part of a Q fever targeted screening plan or surveillance program at the scale of herds, regions or even countries. It provides first answers to the mandatory requirements related to the recent application of the EU 2018/1882 regulation, which classifies Q fever as a category E disease with a need for surveillance.