Résilience des communautés de cyathostomes et du microbiote digestif du cheval au traitement anthelminthique

Resilience of cyathostomin communities and digestive microbiota in horses to anthelmintic treatment

• Auteur / Autrice : Michel Boisseau
• Direction : Guillaume Sallé
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Vie et de la Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 14/12/2022
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Infectiologie et santé publique (Tours)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Bourgoin, Annabelle Meynadier, Jacques Guillot, Núria Mach, Cedric Neveu, Jordi Estelle
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Annabelle Meynadier, Jacques Guillot

Mots clés

Mots clés libres

Adaptation

Résilience

Cyathostomes

Microbiote

Resilience

Adaptation

Cyathostome

Microbiota

Résumé

Les chevaux au pâturage sont infestés par des strongles gastro- intestinaux, classés en grands strongles et petits strongles (cyathostomes). Le grand strongle S. vulgaris est reconnue comme l'espèce la plus pathogène et une cause fréquente de coliques, mais a largement disparu des élevages. En revanche, les cyathostomes peuvent toucher jusqu'à 100% des chevaux. Ils sont responsables de retard de croissance, de perte de poids, mais aussi d'un syndrome de cyathostomose larvaire dû à l'émergence en masse de stades larvaires enkystés dans la muqueuse intestinale où ils séjournent durant leur cycle de développement. Ce syndrome peut causer la mort des jeunes chevaux dans 30% des cas au moins. Le contrôle de ces parasites est indispensable pour le bien-être des animaux. Malheureusement, de plus en plus d'isolats résistants aux vermifuges dont le pyrantel, sont identifiés à l'échelle mondiale. Une enquête réalisée en France a démontré l'inefficacité généralisée du fenbendazole, une efficacité préservée pour l'ivermectine et un pyrantel en limite d'efficacité avec une valeur avoisinant les 90%. Face à cela, il apparait essentiel de trouver de nouveau moyen de luttes pour éviter la perte d'efficacité des anthelminthiques. Les cyathostomes adultes vivent dans les intestins et partagent leur niche avec les micro-organismes du microbiote dont les bactéries. Etudier les interactions entre les bactéries, les parasites et l'hôte et les comprendre, pourrait être une bonne piste pour lutter contre les parasites, puisque les interactions entre la communauté de cyathostomes et les micro-organismes du microbiote sont très mal comprises. Dans un premier temps, deux méta-analyses ont permis d'étudier les facteurs affectant les populations de strongles. Nous avons trouvé des communautés impactées par la technique et la taille d'échantillonnage et identifié un remodelage des communautés associée aux classes d'âge. Dans un second temps, nous avons réalisé une étude comparative de deux nouvelles amorces visant COX-1 et ITS-2 pour identifier les communautés parasitaires issues de mock communities. La meilleure identification a été faite par ITS-2. Nous avons aussi identifié qu'il n'existait pas de différences entre les communautés issues des œufs, des larves infestantes et des adultes cyathostomes et avons fortement conseillé l'utilisation des larves infestantes pour les futures études. Enfin, nous avons réalisé un suivi longitudinal de 40 poneys infectés naturellement et maintenus dans des installations contrôlées pendant un essai de 42 jours. Un échantillonnage de sang et matière fécale a été effectué sur treize point de temps afin d'étudier la résilience écologique des deux communautés suite à un traitement au pyrantel. Les chevaux parasités ont présenté des modifications de l'environnement intestinal. Pourtant, l'écosystème intestinal était stable, et la réponse de l'hôte a défini un enrichissement pour l'activation des cellules B et la production d' IgA sans changements correspondants dans les charges parasitaires. La protection microbienne de Clostridia aurait réduit la dynamique entre la triade microbiote-parasite-hôte et favorisé la tolérance au parasite. La stabilité du système a été perturbée par le traitement au pyrantel et l'élimination des parasites, avec des conséquences sur l'environnement intestinal, sa diversité et les réseaux de cytokines. Les deux communautés ont été très résistantes à la perturbation et ont retrouvé leur composition d'avant le traitement, à l'exception de Cylicostephanus longibursatus. Cependant, les microbiotes intestinaux n'ont pas réussi à restaurer leur stabilité d'origine et ont évolué vers un état instable d'interaction, avec une coexistence transitoire entre Clostridia et des taxons bactériens centraux, évoquant leur rôle crucial en tant que forces stabilisatrices pour ce nouvel équilibre. Nos résultats soulignent que le traitement anthelminthique perturbe la stabilité du microbiote intestinal et du némabiome. Il serait possible de contrer ce phénomène en contrôlant le régime alimentaire afin de favoriser la présence de genres bactériens spécifiques. Cela soulève la question controversée de savoir s'il est bénéfique d'éradiquer tous les parasites chez nos chevaux. Nous pensons que l'administration massive de médicaments pourrait être évitée en ciblant les individus présentant une morbidité liée à l'infection. Les impacts à long terme de doses plus élevées d'anthelminthiques devraient être pris en compte dans les études futures. Ce projet de thèse a été le premier à étudier les interactions entre le némabiome, le microbiote et l'hôte.

Grazing horses are infested with gastrointestinal strongyles, classified as large and small strongyles (cyathostomin). The large strongyles S. vulgaris are recognised as the most pathogenic species and a common cause of colic but have largely disappeared from farms. In contrast, cyathostomin can affect up to 100% of horses. They are responsible for growth retardation, weight loss, and larval cyathostomosis syndrome due to the mass emergence of encysted larval stages in the intestinal mucosa, which remains during their development cycle. This syndrome can cause death in at least 30% of young horses. The control of these parasites is essential for the welfare and health of the animals. Unfortunately, more and more isolates resistant to anthelmintics, including pyrantel, are being identified worldwide. A survey in France showed the widespread ineffectiveness of fenbendazole, a preserved effectiveness for ivermectin and pyrantel at the limit of its energy with a value of around 90%. Given this, it seems essential to find new means of control to avoid the loss of effectiveness of anthelmintics. Adult cyathostomes live in the intestines and share their niche with microbiota, including bacteria. Studying and understanding the interactions between bacteria, parasites, and the host could be an excellent way to control parasites, as the interactions between the cyathostomin community and the microbiota are poorly understood. Two meta-analyses were carried out in the first step to study the factors affecting strongyle populations. We found communities impacted by sampling technique and size and identified a remodelling of communities associated with age classes. In a second step, we performed a comparative study of two new primers targeting COX-1 and ITS-2 to identify parasitic communities from mock communities. ITS-2 made the best identification. We also determined that there were no differences between communities from eggs, infesting larvae and adults cyathostomin and strongly recommended the use of infesting larvae for future studies. Finally, we conducted a longitudinal follow-up of 40 naturally infected ponies maintained in controlled conditions during a 42-day trial. Blood and faecal sampling were carried out over 13-time points to investigate the ecological resilience of both communities following pyrantel treatment. Parasitised horses showed changes in the gut environment. However, the gut ecosystem was stable, and the host response defined an enrichment for B cell activation and IgA production without corresponding changes in parasite loads. Microbial protection by Clostridia would have reduced the dynamics between the microbiota-parasite-host triad and promoted parasite tolerance. The system's stability was disrupted by pyrantel treatment and parasite removal, with consequences for the gut environment, its diversity and cytokine networks. Both communities were highly resistant to disruption and recovered their pre-treatment composition, except Cylicostephanus longibursatus. However, the gut microbiota failed to restore their original stability. It evolved into an unstable interaction state, with transient coexistence between Clostridia and core bacterial taxa, suggesting their crucial role as stabilising forces for this new equilibrium. Our results highlight that anthelmintic treatment disrupts the stability of the gut microbiota and the nemabiome. This could be counteracted by controlling the diet to favour the presence of specific bacterial genera. This raises the controversial question of whether it is beneficial to eradicate all parasites in our horses. We believe that mass drug administration could be avoided by targeting individuals with infection-related morbidity. The long-term impacts of higher doses of anthelmintics should be considered in future studies. This thesis project was the first to study the interactions between the nemabiome, the microbiota and the host.