Surveillance épidémiologique des infections à Escherichia coli producteurs de Shiga-toxines en France : apport des méthodes statistiques et du séquençage complet du génome bactérien pour optimiser la détection précoce de clusters spatio-temporels

Epidemiological surveillance of Shiga-toxin producing Escherichia coli in France: enhancing early detection of space-time clusters through application of statistical methods and whole genome sequencing

• Auteur / Autrice : Gabrielle Jones
• Direction : Yann Le strat, François-Xavier Weill
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Epidémiologie
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2021
• Etablissement(s) : Paris 12
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé Publique (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Santé Publique France
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Direction appui, traitements et analyses de données

Mots clés

Mots clés libres

Surveillance épidémiologique

Séquencage complet du génome

Clusters

Syndrome Hémolytique et urémique

Détection

Stec

Whole genome sequencing

Stec

Epidemiological surveillance

Hemolytic and uremic syndrome

Clusters

Detection

Résumé

Les Escherichia coli producteurs de Shiga-toxines (STEC) sont des bactéries responsables de diarrhées simples ou sanglantes pouvant se compliquer d'un syndrome hémolytique et urémique (SHU) dans 5 à 15 % des cas. Le SHU induit par une infection à STEC touche particulièrement les jeunes enfants, mais aussi les personnes âgées. Il représente la principale cause d'insuffisance rénale aiguë chez l'enfant de moins de 3 ans. Depuis 1996, la surveillance de STEC en France repose sur le signalement du SHU pédiatrique par un réseau volontaire de 32 services de néphrologie pédiatrique et de pédiatrie répartis en métropole. Depuis avril 2017, toutes les souches de STEC isolées sont transmises au Centre National de Référence des E. coli, Salmonella et Shigella pour caractérisation et comparaison par le séquençage du génome complet (Whole genome sequencing ; WGS). Celui-ci transmet en routine les résultats du WGS à Santé publique France permettant d'identifier des souches ayant une proximité génomique pouvant faire suspecter un lien épidémiologique entre les personnes infectées. L'objectif de la thèse est de rendre plus performante et efficiente la surveillance du SHU pédiatrique par une meilleure détection temporo-spatiale de clusters à partir de l'ensemble de données de surveillance épidémiologiques et microbiologiques, en particulier les données de WGS. Il s'agit d'une part de développer et d'évaluer des outils statistiques pouvant être intégrés à la surveillance épidémiologique du SHU pédiatrique, notamment pour la détection précoce de regroupements inhabituels de cas, l'alerte et la mise en place d'actions de santé publique rapides, et d'autre part de décrire l'apport du WGS pour la surveillance des infections à STEC dont la détection de clusters et les investigations. Cet objectif se déclinera en trois parties qui répondront aux questions suivantes : (1) l'utilisation de méthodes statistiques de détection de clusters permettra-t-elle de mieux identifier des regroupements inhabituels de cas de SHU pédiatrique et de manière plus précoce ? (2) quels sont les critères adaptés pour une utilisation optimale de données WGS pour la détection de clusters d'infections à STEC ? (3) quelle stratégie d'implémentation des outils développés permet d'optimiser la performance de la surveillance pour la détection de clusters ?

Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) are bacteria responsible for gastro-intestinal infections defined by uncomplicated or bloody diarrhea, with potentially severe complications including hemolytic uremic syndrome (HUS) in 5-15% of cases. Young children and the elderly are particularly at risk for HUS, and STEC-HUS is the primary cause of acute kidney failure in children under 3 years old. Since 1996, STEC surveillance in France is based on notification of pediatric HUS cases by a voluntary network of 32 pediatric nephrology and pediatric hospital units in Metropolitan France. Since April 2017, all isolated STEC strains undergo whole genome sequencing (WGS) at the National Reference Centre for E. coli, Salmonella and Shigella for strain characterization and comparison. WGS results are communicated to Santé publique France for detection of strains sharing a similar genomic profile indicating a possible epidemiological link between cases. The primary objective of this thesis is to improve performance and efficiency of pediatric HUS surveillance through improved detection of space-time clusters using both epidemiological and microbiological surveillance data, in particular WGS data. This will be achieved in part through development and evaluation of statistical methods applied to pediatric HUS surveillance data for early detection of space-time clusters alerting to potential outbreaks for timely investigation and control measures. In addition, the implementation of WGS for enhanced STEC surveillance and cluster detection will be assessed. The thesis project will include three areas of work addressing primary research questions: (1) will implementation of statistical methods of cluster detection improve early detection of space-time clusters of pediatric HUS cases? (2) what criteria provide optimal use of WGS data for detection of STEC clusters? (3) what implementation strategy of the developed methods optimizes performance of surveillance data for detection of clusters?