Dynamiques de circulation hôte-spécifiques des différentes génoespèces de

Borrelia

Des études précédentes, basées sur des données de MLST, ont montré que les tailles de populations et les migrations potentielles des hôtes réservoirs peuvent avoir un impact sur les patrons de diversité de B. burgdorferi s.l. [Vollmer et al., 2011]. Cependant, ces résultats ont une dimension continentale. Nos travaux, à l'échelle des deux sites de Munster et Guebwiller, apportent donc de nouvelles réponses concernant l'influence de ces processus à une échelle locale (Article 1). Le développement d'un modèle de phylodynamique nous a permis de comprendre comment les processus épidémiologiques et d'évolution interagissent pour façonner les phylogénies des génoespèces de Borrelia étudiées qui circulent dans les deux sites d'échantillonnage entre les populations tiques et hôtes. Nous avons pu conclure que les différences, à l'échelle génomique, de niveaux de diversité génétique et de niveaux de

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différenciation entre les deux localités des deux espèces, B. burgdorferi s.s. et B. garinii,

peuvent s'expliquer par des dynamiques de circulation différentes dues à des spectres d'hôtes d'infection différents. En effet, la population d'hôtes infectée par B. burgdorferi s.s. semble avoir une taille plus faible et un renouvellement plus important que celle infectée par

B. garinii. Les individus de la population d'hôtes infectée par B. garinii semblent migrer, d'un site à l'autre, plus fréquemment que ceux de la population d'hôtes infectée par

B. burgdorferi s.s.. Ces résultats sont cohérents avec les observations faites en Europe et qui montrent que B. garinii infecte plutôt des oiseaux, et avec l'hypothèse que dans nos sites d'échantillonnage, B. burgdorferi s.s. infecte plutôt des petits rongeurs. Ils seraient également la première preuve à l'échelle génomique de l'influence du spectre d'hôte sur l'évolution et la dynamique de la bactérie.

En Europe, les associations, à l'échelle des espèces de B. burgdorferi s.l., aux différents types d'hôtes sont plutôt bien décrites dans la littérature [Kurtenbach et al., 2002 ; Kurtenbach et al., 2006 ; Margos et al., 2011]. En revanche, seulement peu d'information concernant ce qu'il se passe à l'échelle intra-spécifique était jusque-là disponible. L'analyse de la variabilité moléculaire que nous avons menée sur les séquences de Borrelia infectant les tamias et les campagnols de Sénart, montre qu'il existe un niveau de différenciation fort des génotypes en fonction des espèces d'hôte, y compris à l'échelle intra-spécifique, aux deux marqueurs que nous avons utilisés (Article 2). Ces résultats étaient attendus pour le gène

ospC en raison de ses fonctions. En revanche, la différenciation des génotypes du gène rplB

suggère, quant à elle, que certaines espèces d'hôtes conduisent à l'émergence de lignées qui leur sont spécifiquement associées. Bien que les travaux de génomique montrent que la diversité au sein des groupes génétiques semble distribuée largement à l'échelle géographique (Article 1), à Sénart nous avons pu observer des groupes qui, pour ce que l'on en sait, sont site-spécifiques comme le génotype rplB G3 par exemple (Articles 2 et 3). De plus, nous avons eu l'occasion de caractériser les génotypes rplB et ospC d'une quinzaine de campagnols roussâtres provenant d'autres forêts en France et en Espagne et nous n'avons pas retrouvé les génotypes identifiés chez les campagnols échantillonnés à Sénart (données non montrées). Ces différents résultats posent questions concernant la façon dont se créent localement les peuvent se mettre en place lors de la création de ces associations. D'autres études seront à effectuer afin d'apporter davantage de réponses à ces questions. Il serait par exemple

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intéressant de caractériser les B. burgdorferi s.l. infectant différentes espèces d'hôtes dans plusieurs sites et d'étudier de façon précise les mutations, synonymes et non synonymes, qui impactent leurs séquences.

Bien que de nouvelles études, avec plus de loci, seraient nécessaires pour mieux comprendre les possibles émergences de lignées spécifiques aux hôtes, les résultats acquis par notre étude pourraient avoir un impact important dans la compréhension de la circulation de la maladie en Europe mais également, aux États-Unis ou une seule génoespèce de Borrelia, pathogène pour l'homme, est majoritairement retrouvée [Kurtenbach et al., 2006]. En effet, un nombre restreint d'espèces ou de populations d'hôtes pourrait être responsable de la circulation des génotypes qui provoquent la maladie de Lyme chez l'homme et leur identification permettrait un bien meilleur contrôle de la maladie. Contrôler les populations de vertébrés peut s'avérer complexe et lourd de conséquences ; en revanche, la diffusion de consignes de comportements adaptés pour l'homme dans les zones à risques, c'est à dire où il y a présence des hôtes porteurs des génotypes qui posent problème, permettrait sans aucun doute, de réduire le nombre de nouveaux cas.

Les associations entre les espèces d'hôtes et les génotypes de B. burgdorferi s.l. observées pourraient-être liées à l'établissement possible de groupes de tiques spécialisées à différents types d'hôtes [Kempf et al., 2011]. Si comme le suggère cette étude, dans des populations locales, le choix de l'hôte par la tique I. ricinus est non aléatoire et le résultat de tiques spécialisées à différents types d'hôtes, les différentes lignées de B. burgdorferi s.l. pourraient circuler dans un système hôte-vecteur fermé. Cependant, on peut imaginer qu'à long terme les différentes populations de B. burgdorferi s.l., ne pouvant plus être homogénéisées via la recombinaison et la migration, divergeraient suffisamment pour former des espèces différentes. Des études supplémentaires mettant l'évolution des pathogènes en parallèle avec l'écologie et l'évolution des vecteurs, devront être réalisées pour permettre d'apporter d'avantage de réponses à ce sujet-là.

Le modèle de phylodynamique simple que nous avons développé a permis d'apporter des éléments de compréhension concernant la maintenance de différentes lignées dans des populations d'hôtes de tailles réalistes (Article 1). Cependant, le développement de modèles

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adaptative ou la sélection fréquence-dépendante, par exemple, permettrait sans doute une meilleure compréhension d'ensemble des pathosystèmes faisant intervenir des pathogènes multi-hôtes (Figure 18).

Figure 18 : Schématisation d'un modèle phylodynamique qui prendrait en compte la spécialisation adaptative des Borrelia.

Cas d'un modèle à transmission densité dépendante. Chaque logo de couleur représente une lignée de Borrelia

différente. À l'étape 1, les tiques infectées (I) vont se nourrir sur les différents hôtes, qui peuvent être déjà infectés ou non (NI), et leur transmettre les bactéries en fonction des taux de transmission de chaque lignée pour l'hôte donné (prise en compte des spécialisations possibles). À l'étape 2, toutes les nymphes sont remplacées par des larves qui sont non-infectées. A l'étape 3, les larves vont alors se nourrir sur les hôtes et acquérir la bactérie avec un taux de transmission uniquement dépendant de la densité d'hôte. À l'étape 4, les larves sont métamorphosées en nymphes, et une proportion r des hôtes est renouvelée (mort/naissance), réduisant le nombre d'infectés. On peut alors repartir à l'étape 1 et recommencer ces étapes autant d'itérations qu'il est nécessaire pour obtenir un équilibre.

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En raison de nombreuses variations des taux de transmission, des charges en tiques ou de comportements par exemple, les différentes espèces d'hôtes d'un pathosystème ne contribuent pas de la même façon au risque lié à la maladie. Nous avons donc étudié les contributions des rongeurs échantillonnés à Sénart.