Les acides nucléiques environnementaux (ANe) comme outil efficace pour étudier les dynamiques hôte-pathogène en milieu naturel

Environmental nucleic acids (eNA) as an effective tool for studying host-pathogen dynamics in nature

• Auteur / Autrice : Chiara Mercier larribe
• Direction : Olivier Rey, Géraldine Loot
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2024
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interactions Hôtes-Pathogènes Environnements
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : MIA - Micro-evolution of Interactions in the Anthropocene

Mots clés

Mots clés libres

Pathogènes

ADN environnemental

ARN environnemental

Dynamique spatio-temporelle

Eau douce

Environmental DNA

Pathogens

Environmental RNA

Spatio-temporal dynamics

Freshwater

Résumé

Les agents pathogènes sont extrêmement difficiles à étudier dans des conditions naturelles, car ils sont souvent microscopiques, difficiles à identifier et souvent très dilués dans l'environnement, notamment en eau douce. Leur détection est essentielle pour mieux prévoir les épidémies potentielles, bien que cela reste très difficile. Les approches basées sur l'échantillonnage de l'ADN environnemental ont largement amélioré notre capacité à tracer les pathogènes dans la nature et à étudier leur interaction avec les organismes hôtes. L'ADNe ouvre ainsi la voie à une approche non invasive, avantageuse et facile à mettre en œuvre pour l'étude des interactions hôtes-pathogènes en milieux aquatiques. Toutefois, la mise en œuvre opérationnelle de cet outil reste hétérogène. En effet, les méthodes d'échantillonnages peuvent diverger selon les utilisateurs et les milieux rendant les protocoles d'échantillonnage difficiles à standardiser. En plus, l'ADNe n'est pas toujours informatif sur l'activité biologique des organismes étudiés et ne permet pas d'avoir accès aux informations fonctionnelles de l'organisme étudié. Ainsi ce projet de thèse vise à améliorer la quantification et la détection des agents pathogènes associés aux écosystèmes d'eau douce en utilisant des approches basées sur les acides nucléiques environnementaux, comprenant les ADNe et les ARNe, afin d'améliorer les outils de surveillance et les connaissances fondamentales associées à la circulation des agents pathogènes. Ainsi, cette thèse tend à (i) comparer et optimiser les méthodes de prélèvement et d'analyses des ANe en milieu aquatique, (ii) développer des outils ARNe afin de discriminer les stades infectieux de parasites à cycle complexe, (iii) étudier à fine échelle les patrons de distribution spatiale d'un parasite et de ses hôtes afin d'identifier les points de bascules à l'émergence et la circulation du parasite. Le projet se concentre sur deux systèmes hôte-pathogène en eau douce : 1. Un myxozoaire pathogène émergent responsable du déclin des salmonidés en Europe (Tetracapsuloides bryosalmonae) qui alterne entre le poisson comme hôte intermédiaire (par exemple, Salmo trutta) et un bryozoaire comme hôte définitif ; 2. Le groupe des trématodes et plus spécifiquement Schistosoma mansoni, agent de la bilharziose chez l'humain, présentant un cycle de vie complexe utilisant successivement les humains comme hôte définitif et un escargot aquatique comme hôte intermédiaire.

Pathogens are extremely difficult to study under natural conditions because they are often microscopic, hard to identify, and highly diluted in the environment, particularly in freshwater. Detecting them is essential for better predicting potential outbreaks, although this remains very challenging. Approaches based on environmental DNA have greatly improved our ability to track pathogens in nature and study their interaction with host organisms. Environmental DNA thus paves the way for a non-invasive, cost-effective, and easy-to-implement approach to studying host-pathogen interactions in aquatic environments. However, the operational implementation of this tool remains inconsistent. Indeed, sampling methods can vary depending on the users and the environments, making sampling protocols difficult to standardize. Furthermore, eDNA does not always provide information on the biological activity of the organisms and does not provide access to functional information about the organism in question. Thus, this thesis project aims to improve the quantification and detection of targeted pathogens associated with freshwater ecosystems by using approaches based on environmental nucleic acids, including environmental DNA (eDNA) and environmental RNA (eRNA), in order to enhance surveillance tools and fundamental knowledge related to the circulation of pathogens. This thesis aims to (i) compare and optimize methods for sampling and analyzing eDNA in aquatic environments, (ii) develop eRNA-based tools to distinguish the infectious stages of parasites with complex life cycles, (iii) study the fine-scale spatial distribution patterns of a parasite and its hosts to identify tipping points in the emergence and circulation of the parasite. The project focuses on two freshwater host-pathogen systems: 1. An emerging pathogenic myxozoan responsible for the decline of salmonids in Europe (Tetracapsuloides bryosalmonae), which alternates between fish as an intermediate host (e.g., Salmo trutta) and a bryozoan as a definitive host; 2. The group of trematodes, and more specifically Schistosoma mansoni, the agent of schistosomiasis in humans, which has a complex life cycle involving humans as the definitive host and an aquatic snail as the intermediate host.