Rôle fonctionnel des bactéries clés dans les interactions hôte-microbiote-pathogène : implications pour le contrôle des maladies à transmission vectorielle

Functional role of keystone bacteria in host-microbiota-pathogen interactions : implications for the control of vector-borne diseases

• Auteur / Autrice : Alejandra Wu Chuang
• Direction : Alejandro Cabezas-Cruz, Ladislav Simô, Dasiel Obregon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Recherche clinique, innovation technologique, santé publique
• Date : Soutenance le 07/10/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cancérologie, Biologie, Médecine, Santé
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté de médecine (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie moléculaire et immunologie parasitaires
• Jury : Président / Présidente : Nolwenn Dheilly
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alejandro Cabezas-Cruz, Ana Domingos, Christine Maritz-Olivier, Adnan Hožić
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ana Domingos, Christine Maritz-Olivier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interactions hôte-microbes

Vecteurs de maladies

Vaccins contre la maladie de Lyme

Maladies à vecteurs

Vaccins anti-microbiote

Mots clés libres

Maladies vectorielles

Microbiote

Vecteurs

Vaccin anti-Microbiote

Réseaux microbiens

Taxons clés

Vector-Borne diseases

Vectors

Microbiota

Anti-Microbiota vaccines

Microbial networks

Keystone taxa

Résumé

Les agents pathogènes animaux et humains, principalement ceux transmis par les arthropodes qui se nourrissent de sang tels que les tiques et les moustiques, constituent un problème de santé publique mondial. Bien que plusieurs stratégies aient été développées et utilisées pour lutter contre les maladies à transmission vectorielle (MTV), la moitié de la population mondiale vit encore aujourd'hui à risque de MTV. Par conséquent, la recherche de nouvelles stratégies pour bloquer les MTV avec de meilleurs résultats est nécessaire. Plusieurs études soulignent le rôle central que joue le microbiome vectoriel sur la physiologie des vecteurs et la compétence vectorielle. La perturbation du microbiome du vecteur a été proposée comme moyen de contrôle des MTV. Dans la présente thèse, nous avons utilisé des réseaux microbiens pour étudier l'importance des bactéries clés dans le microbiote du vecteur et nous proposons des vaccins anti-microbiote comme outil de manipulation précise du microbiome du vecteur, avec des implications pour l'étude des interactions vecteur-microbiote et le contrôle des MTV. Les résultats obtenus ont montré que les taxons clés sont des membres bactériens importants et influents du microbiote du vecteur. Premièrement, nous avons démontré que les taxons clés ont un rôle important dans le maintien de la stabilité fonctionnelle du microbiome des tiques sous stress thermique. Deuxièmement, en ciblant les taxons clés du microbiote vecteur avec des anticorps de l'hôte, nous avons montré que les vaccins anti-microbiote diminuent la colonisation des agents pathogènes chez les tiques et les moustiques.Plus précisément, nous avons montré que le ciblage des taxons clés à l'aide d'un vaccin anti-microbiote diminue la connectivité des taxons clés dans le réseau microbien, ce qui a un impact écologique en cascade entraînant une modulation importante du profil taxonomique et fonctionnel du microbiote des tiques. Notamment, la perturbation du microbiome des tiques a réduit la colonisation de Borrelia afzelii, l'agent causal de la borréliose de Lyme en Europe, chez les tiques Ixodes ricinus. Ce résultat ne se limitait pas au vecteur tique puisque nous avons également démontré que la perturbation de microbiote des moustiques diminuait également le développement de Plasmodium relictum, l'agent causal du paludisme aviaire, dans son vecteur naturel Culex quinquefasciatus. Dans l'ensemble, ces résultats montrent (i) le rôle important des taxons clés sur l'assemblage de la communauté bactérienne vectorielle (ii) la pertinence des vaccins anti-microbiote comme outil de microbiologie de précision pour l'étude des interactions vecteur-microbiote et la perturbation du microbiome du vecteur en tant que moyens de contrôler les MTV et (iii) l'impact majeur que le microbiote vecteur a sur la colonisation des agents pathogènes au sein du vecteur. Les résultats de la thèse éclaireront de nouvelles approches pour développer des vaccins bloquant la transmission et ainsi, contrôler les MTV.

Animal and human pathogens, principally those transmitted by blood feeding arthropods such as tick and mosquitoes are a global public health concern. Although several strategies were developed and used to control vector-borne diseases (VBDs), half of the world's population still lives today at risk of VBDs. Therefore, the search of new strategies to block VBDs with better outcomes is needed. Several studies emphasize the pivotal role that vector microbiome has on vector fitness and vector competence. Vector microbiome perturbation has been proposed as a mean for the control of VBDs. In the present thesis, we used a network approach to study the relevance of keystone bacteria in vector microbiota and propose anti-microbiota vaccines as a tool for the precise manipulation of vector microbiome, with implications for the study of vector-microbiota interactions and the control of VBDs. The results obtained showed that keystone taxa are important and influential bacterial members of the vector microbiota. Firstly, we demonstrated that keystone taxa have an important role maintaining the functional stability of tick microbiome under heat stress. Secondly, targeting keystone taxa of vector microbiota with host antibodies we showed that anti-microbiota vaccines decrease pathogen colonization in ticks and mosquitoes.Specifically, we showed that targeting keystone taxa using anti-microbiota vaccine decrease the connectedness of keystone taxa in the microbial network which has a cascading ecological impact resulting in an extensive modulation of the taxonomic and functional profile of tick microbiota. Notably, the perturbation of tick microbiome reduced Borrelia afzelii, the causative agent of Lyme borreliosis in Europe, colonization within Ixodes ricinus ticks. This outcome was not limited to the tick vector since we also demonstrated that perturbation of mosquitoes also decreased Plasmodium relictum, the causative agent of avian malaria, development in its natural vector Culex quinquefasciatus. Altogether, these results show (i) the important role of keystone taxa on vector bacterial community assembly (ii) the suitability of anti-microbiota vaccines as a precision microbiology tool for the study of vector-microbiota interactions and the perturbation of vector microbiome as a means to control VBDs and (iii)the major impact that vector microbiota has on pathogen colonization within the vector. The results of the thesis will inform novel approaches to develop transmission-blocking vaccines and control VBDs.