Modélisation de la propagation et de la persistance des virus influenza enzootiques

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Modélisation de la propagation et de la persistance des virus influenza enzootiques

Charlie Cador

To cite this version:

Charlie Cador. Modélisation de la propagation et de la persistance des virus influenza enzootiques.

Biologie animale. Agrocampus Ouest, 2016. Français. �NNT : 2016NSAR289B�. �tel-01802755�

THÈSE / AGROCAMPUS OUEST

Sous le label de l’Université Européenne de Bretagne Pour obtenir le diplôme de :

DOCTEUR DE L'INSTITUT SUPÉRIEUR DES SCIENCES AGRONOMIQUES, AGRO-ALIMENTAIRES, HORTICOLES ET DU PAYSAGE

Spécialité : Biologie et Agronomie Ecole Doctorale : Vie – Agro - Santé

Présentée par :

Charlie CADOR

MODELISATION DE LA PROPAGATION ET DE LA PERSISTANCE DES VIRUS INFLUENZA ENZOOTIQUES

EN ELEVAGE PORCIN

Dr. Nicolas ROSE

Dr. Mathieu ANDRAUD

Directeur de thèse Co-encadrant de thèse Prof. Chantal GUIHENNEUC

Prof. Etienne THIRY Prof. Lucile MONTAGNE Dr. Agnès WARET

Dr. Benoit DURAND

Rapporteur Rapporteur

Référent établissement Membre du jury

Membre du jury

Soutenue le 09 décembre 2016 devant la Commission d'Examen

N° or dre : 2016-39

N° Sér ie : B-289

Remerciements

En préambule, je souhaite adresser mes remerciements les plus sincères aux personnes qui m’ont entouré durant ces trois années et ont ainsi contribué à la réalisation de ce travail de thèse.

A Chantal Guihenneuc et Etienne Thiry, pour m’avoir fait l’honneur d’accepter d’être rapporteurs de cette thèse. Merci pour le temps que vous avez consacré à ce travail, pour vos lectures critiques et vos remarques qui m’ont permis d’apporter des améliorations et de préparer la soutenance.

Aux membres de mon jury, Lucile Montagne, Benoit Durand et Agnès Waret, pour avoir accepté cette mission et pour vos retours à venir.

A mon directeur de thèse Nicolas Rose, pour m’avoir permis d’effectuer cette thèse dans son équipe. Et puisque nous formions la plupart du temps un trinôme, mes vifs remerciements se dirigent dans le même temps à mon co-encadrant Mathieu Andraud. A vous deux Messieurs, j’aimerais vous exprimer ma profonde reconnaissance. Merci pour votre écoute, votre patience et votre disponibilité tout au long de la réalisation de cette thèse. J’en ai parfois abusé, surtout dans la dernière ligne droite… mes excuses d’ailleurs ! Et pourtant, du début à la fin, vos conseils judicieux et vos commentaires précieux ont contribué à alimenter mes réflexions et m’ont permis d’acquérir des connaissances scientifiques solides.

A mon tuteur de thèse Yannick Le Cozler, pour avoir accepté d’embarquer à mes côtés pour une seconde aventure après le mémoire de fin d’études. Merci à toi pour ces discussions que l’on a pu avoir durant ces trois années et même avant, lorsque je me demandais si je devais faire une thèse.

Aux membres de mon comité de pilotage, Aurélie Courcoul, Yannick Le Cozler, Fabrice Mahé, Gaëlle Simon et Elisabeta Vergu, pour leur participation active aux discussions ayant entouré l’étude, pour leurs propositions pertinentes et très instructives, et pour leurs conseils au regard de l’après-thèse.

Aux unités de Virologie Immunologie Porcines (VIP) et au Service de Production de

Porcs Assainis et d’Expérimentation (SPPAE), pour leur collaboration fructueuse sur l’essai

expérimental. A Gaëlle Simon, Sévérine Hervé, Céline Deblanc et Stéphane Gorin, pour les

différents échanges ayant entouré la publication de mon premier article de thèse. Merci pour vos suggestions et vos maintes relectures qui m’ont permis, non sans effort je vous l’accorde, d’envisager la fin de thèse plus sereinement (trop peut-être, qu’en pensez-vous Nicolas et Mathieu ?). A Frédéric Paboeuf, pour sa supervision sans limite lors de l’essai expérimental, week-ends et jours fériés compris, et pour le partage de son expérience de terrain. Aux animaliers du SPPAE André Keranflec’h, Jean-Marie Guionnet, Nadège Morin, Yann Bailly et Gérald Le Diguerher, pour leur investissement sans faille et leur excellent travail aux côtés des animaux de l’essai.

To Lander, thank you very much for the huge work you did on the model. Without you and Mathieu, I don’t think that there would be two different models in the thesis. Now, I’m really impatient to meet you. Thank you for your venue in Rennes.

Et enfin, à Gilles Salvat, pour son accueil au sein du laboratoire de l’Anses Ploufragan.

Plus personnellement, j’aimerais prendre quelques lignes pour revenir sur cette magnifique équipe qu’est l’unité d’Epidémiologie et de Bien-être du Porc. A vos côtés, j’ai passé de tels moments, dans une humeur toujours joviale et pétillante, qu’il me sera difficile de coucher sur ce papier des mots assez forts pour exprimer ce que je ressens au moment de mettre un point final à cette jolie expérience qui a été de partager ma thèse à vos côtés.

A Nicolas, Sire, my boss, the super-supervisor, Nick Rose, pour son écoute, ses discussions et ses conseils toujours avisés, que ce soit au niveau professionnel ou personnel.

Tu donnes l’impression d’avoir toujours un temps d’avance, de toujours voir au-delà de la question posée (de ne pas naviguer à vue, quoi…). C’était très profitable et cela force mon admiration. Merci également de m’avoir permis de valoriser notre travail en congrès, notamment lors de cette escapade mexicaine qui restera comme un point d’orgue de ces trois belles années.

A Mathieu, le kényan blanc, Matt’ Andrew, pour son accompagnement pas à pas dans

ma reprise des mathématiques et la découverte de la modélisation, et pour son attention de

tous les jours. On sent que tu es passé par ici il n’y a pas si longtemps et tes conseils pratiques

sur le déroulement de la thèse étaient vraiment les bienvenus. Et bien sûr, comment ne pas

évoquer cet humour légendaire (n’est-ce pas Virginie ?!). Merci vraiment pour ces sorties,

aussi inattendues qu’hilarantes… Merci pour les petits verres à bon escient lorsqu’il fallait se

changer les idées. Et merci à Daphné pour sa jolie voiture-avion qui orne mon bureau.

A Virginie, Whitney Houston, Amore, Virgin’, la concierge du bureau d’à côté, le couteau suisse de l’unité. Il est des rencontres qui changent le cours d’une vie. Celle-ci en fait partie, assurément… Alors mal à l’aise ?! Plus simplement, merci à toi pour ta patience, ton soutien, ta psychologie. Tu as toujours été là, toujours souriante, toujours serviable, et toujours très bon public. Je n’ai qu’une chose à te dire : Thanks. Tu sais, cependant, je me casse (à Car….) sans avoir répondu à une question : comment est-il possible de réunir tant de gentillesse et de bonne humeur (sauf 1 à 2 fois par an peut-être…) dans une seule et même personne ? Et par pitié VLC, ménage-toi, le beurn-outte te guette.

A mes deux seniors, Eric et Florent (par ordre alphabétique).Que de discussions sur des sujets divers et variés… Non, souvent les mêmes sujets en fait !!!

Eric, Rico, Butagaz, Jean Michel No Limit, le cuniculteur de Neulliac, Professeur Eveno (de l’Anses), comment t’évoquer sans penser à ces blagues toujours plus subtiles qui te caractérisent tant ? Merci pour ces moments de délire et cette imagination sans limite. Merci également pour cette culture zootechnique à toute épreuve, et pour cette maitrise des chiffres, toutes productions animales confondues. Posséder ne serait-ce qu’un tiers de ta connaissance à cet égard ferait déjà de moi un homme heureux. Bon vent à toi l’ami, la mer est calme.

A Florent, Eddy, le boxeur de Beaucemaine, merci de m’avoir transmis ta passion pour l’ornithologie. J’ai beaucoup appris à tes côtés en termes de bienséance et de bonne tenue en société. Merci de m’avoir fait découvrir le Connemara Queen’s, et pas que... Ces petits moments, de même que les débriefs dans mon bureau vont me manquer. Je te confie les clés du camion, fais-en bon usage (même si je n’en doute pas une seconde…).

A Christelle ! Hummm, cet intellect… A chaque fois que j’avais une question, tu avais une réponse. Merci pour nos discussions suite à mes questionnements répétés. Et pour ces comptes rendus dont j’attendais la parution avec impatience. Et enfin Christelle, que dire de ces robes estivales si ce n’est qu’elles ont illuminé mes journées.

A Virginie, mon pendant de Normandie. Merci pour ta gentillesse et ton aide depuis mon stage de fin d’études maintenant. Et merci de m’avoir remis dans le droit chemin lorsque mon imagination dépassait l’entendement !!! Je pars en espérant que tu as apprécié les calendriers que nous avons échangés.

A Claire, tant de travail et pourtant quelle disponibilité ! Merci pour ton écoute, ton

aide et pour tes conseils. Mon choix pour la rentrée prochaine est fait maintenant. Je l’aborde

de manière plutôt sereine et nos discussions à ce sujet n’y sont pas pour rien, loin de là. Et merci pour ce sourire et cette gaieté. La préparation de ton petit café matinal va me manquer…

A Stéphanie, qui après des années de travail a réussi à nous emmener à la gym (même si je préfère le terme Renforcement musculaire et cardio !). Merci de m’avoir fait découvrir cette fabuleuse équipe… et accessoirement de m’avoir rencardé sur la pizzéria plérinaise à mon arrivée sur site.

A Julie, pour m’avoir initié à d’autres horizons dans l’univers du whisky. Et pour ces discussions équestres qui me changeaient les idées. On se recroisera sûrement à la Ville Glé.

En attendant, je te souhaite plein de bonheur avec ta petite famille.

Et enfin, à tous les stagiaires et associés qui sont venus émailler et même pimenter ces années briochines. Un grand merci à cette première équipe composée de François-Xavier dit FX (mais aussi dit Pti Slip, Jean Michel Répartie, Jean-Michel Os de Seiche, Jean-Michel Anecdote, JM …), de Marion (et Pedro !), de Claire (et Bertrand !) , de Morgane et d’Alexis, et d’Aude plus récemment. Ce fût une très jolie rencontre, c’est un plaisir de continuer à vous revoir et j’espère que ça continuera des années durant. Une pensée également pour le second cru, Simon, Maëliss, Coralie, Sarah, Sandrine, Alexandre et re-Morgane ;-).

Que de délires asiatiques et de parties de squash endiablées…

A mon voisinage proche, ces personnes que j’ai eu la chance de côtoyer quotidiennement. A Françoise, qui s’est occupée de moi comme une vraie maman à mon arrivée en stage il y a 4 ans déjà. A la délicieuse Maryse, pour avoir supporté mes courtisaneries quotidiennes. A Virginie : mon manuscrit envoyé, je file à la cuisine pour faire les crêpes (et merci pour le frère de Peppa Pig). A Alassane, pour sa bonne humeur communicative ; A Adeline, pour ce périple danois ; A Jenna, pour ce barbecue organisé d’une main de maitre ; A Jean-Yves, pour ses discussions sur la sique’mu, la pêche, les voyages et la grippe aviaire ; Mais aussi, Sophie, Axelle, Rozenn, Virginie, Jean-François, Denis, Rodolpho, Eric, Loic, Nathalie … Merci à vous, toutes et tous.

A Kristell, ma douce, la mère Michel, que c’est dur d’admettre que je quitte l’Anses sans avoir réussi à retrouver ton chat. Lueur d’espoir, il semble être passé en bas de page il y a peu ! (Et bien évidemment, seule Virginie rit à cette blague actuellement … faut dire qu'on s'entend bien avec Virginie). Merci pour ta répartie et ces nuits endiablées !!!

Oui, je sais, tu aimerais que je sois devant toi pour me lancer l’agrafeuse…

Aux thésards, Pierre, Nathan, Marine, Sarah, Guy, Sarah, re-re-Morgane, et consorts (Emma, Laeti et Bérengère) pour ces moments de décompression ;-). Morgane, pas d’inquiétudes, tu es très bien entourée, ça ne peut que bien se passer.

A tout ce petit monde, mille mercis pour votre gentillesse, je vous témoigne ma gratitude et je ne vous oublierai pas, soyez-en sûr.

Il est désormais temps pour moi d’ouvrir un nouveau chapitre de ma vie. Je ne doute pas que la plupart d’entre vous seront de la partie. Certains sont d’ailleurs présents depuis le début.

A ma maman, Chantal, et mon papa, Joseph, l’Ancien. Oscar Wilde disait : « Il est important d’avoir des rêves assez grands pour ne pas les perdre de vue lorsqu’on les poursuit ». Il est également primordial d’avoir dans son entourage des personnes qui permettent de les poursuivre. Merci de m’avoir permis de poursuivre dans ma voie de prédilection et merci pour votre soutien imperfectible. Il s’en est passé du temps depuis le « je veux bien payer des études mais il faut qu’il y ait du résultat » mais c’est grâce à vous que je suis ici maintenant. Merci, sincèrement !!!

A ma petite sœur Justine et notre relation tumultueuse, choukrane. Que de rires et de cris entre nous, n’est-ce pas ? Merci pour ta présence, vitale dans les bons et surtout les moins bons moments… On a vécu les mêmes choses en même temps et j’espère sincèrement que tu clôtureras ton année comme je termine la mienne. Je crois vraiment en toi, je suis très heureux de voir que tu t’épanouies dans ce que tu fais actuellement et encore plus de m’être trompé sur la réaction des élèves à la philosophie que tu enseignes.

A Kévin, Sammy et Pedrito, pour ces moments au grand air quand j’avais besoin de détente et de retour aux sources.

Et enfin, à cette petite filleule, Eva. Vivement l’été prochain que tu reviennes à l’hôtel.

En attendant, promis poulette, je serai au foot le week-end prochain !!!

Table des matières

Table des figures ... 6

Liste des tableaux ... 8

Liste des abréviations ... 9

INTRODUCTION GENERALE ... 11

I. Les virus Influenza : caractéristiques générales et maladie associée ... 11

1. Classification des virus Influenza ... 11

2. Structure des virus Influenza ... 12

3. Mécanisme de réplication au sein de la cellule-hôte ... 12

3.1. L’hémagglutinine ... 13

3.2. Protéines internes ... 13

3.3. La neuraminidase ... 14

4. Réassortiments et mutation antigénique ... 15

5. Les virus Influenza responsables d’une maladie respiratoire : la grippe ... 17

5.1. Historique ... 17

5.1.1. Apparition des virus Influenza chez la volaille ... 17

5.1.2. Introduction chez l’homme et situation actuelle ... 18

5.1.3. Apparition de la maladie chez le porc ... 19

5.2. Espèces sensibles et transmission inter-hôtes ... 20

5.2.1. Rôle des volailles dans l’épidémiologie des virus Influenza A ... 20

5.2.2. Mécanismes de restriction de la transmission inter-espèces ... 21

5.2.3. Etat des lieux des transmissions inter-espèces ... 22

5.2.4. Focus sur la pandémie de 2009 ... 23

II. Importance des infections par les virus influenza chez le porc ... 24

1. Le porc, « vecteur de mélange viral » des virus Influenza ? ... 24

2. La grippe porcine, un enjeu de santé publique ... 26

3. Importance économique ... 28

III. Histoire naturelle de l’infection par les virus Influenza chez le porc ... 30

1. Signes cliniques ... 30

2. Déroulement de l’infection chez le porc ... 31

3. Lésions post-infectieuses observées... 33

4. Réponses immunitaires associées à l’infection grippale ... 34

4.1. Les réponses immunitaires non-spécifiques ... 35

4.2. Les réponses immunitaires spécifiques ... 37

4.2.1. Activation de l’immunité humorale et cellulaire ... 37

4.2.2. Production d’anticorps ... 38

4.2.3. Adaptation des virus Influenza à l’immunité de l’hôte ... 39

4.3. Effet de l’immunité passive sur la réponse immunitaire... 40

4.4. Réinfection et protection croisée ... 41

IV. Epidémiologie des virus Influenza dans la population porcine ... 43

1. Epidémiologie descriptive ... 43

1.1. Les virus Influenza en Amérique... 44

1.2. Les virus Influenza en Asie ... 45

1.3. Les virus Influenza en Europe ... 47

1.4. Epidémiologie du virus pandémique H1N1 de 2009 ... 48

2. Epidémiologie analytique ... 49

2.1. Voies de transmission ... 49

2.2. L’apparition d’une nouvelle forme de grippe : la grippe dite récurrente ... 50

2.3. Facteurs de risque de l’infection des élevages et de la persistance des virus influenza porcins ... 52

2.4. Survie dans l’environnement ... 53

V. Diagnostic et méthodes de lutte ... 54

1. Détection et identification du sous-type ... 54

2. Détection des anticorps spécifiques ... 56

3. Mesures préventives et de contrôle mise en œuvres dans les élevages ... 58

3.1. La vaccination ... 58

3.1.1. Intérêt et principes des vaccins utilisés ... 58

3.1.2. Situation mondiale ... 58

3.1.3. Vaccins de nouvelle génération ... 59

3.1.4. Vaccins vivants ... 60

3.1.5. Efficacité vaccinale ... 60

3.1.5.1. En conditions expérimentales ... 60

3.1.5.2. Application sur le terrain ... 61

3.2. Maîtrise des facteurs de risque ... 62

VI. Intérêt de la modélisation pour l’étude de la propagation de la grippe en élevage porcin .... 64

1. Contexte ... 64

2. Les méthodes d’estimation utilisées ... 65

3. Positionnement de la modélisation par rapport aux études de terrains et expérimentales ... 67

4. Modèles développés en épidémiologie porcine ... 68

5. Modèles développés pour l’étude de la propagation de la grippe porcine ... 68

6. Quantification de la transmission des swIAVs en conditions expérimentales ... 70

Stratégie d’approche ... 72

Chapitre 1 : Estimation des paramètres clés du modèle épidémiologique de transmission des virus Influenza ... 75

1. Introduction : L’approche expérimentale comme outil pour estimer les paramètres de modèles épidémiologiques ... 75

1.1. Intérêt-objectifs ... 75

1.2. Principe ... 75

2. Etude préliminaire d’un dispositif de transmission permettant d’estimer les paramètres de transmission d’un virus influenza chez des porcelets disposant ou non d’anticorps d’origine maternelle ... 76

2.1. Déroulement de l’expérimentation ... 76

2.2. Résultats et décisions prises suite à ce pré-essai ... 78

2.3. Discussion des premiers résultats obtenus ... 79

4. Réinfection par le même sous-type ... 95

5. Perspectives ... 96

5.1. L’estimation d’un facteur de sensibilité découlant de l’analyse d’un modèle représentant la dynamique d’infection intra-hôte : une approche nouvelle dans la compréhension de la transmission de la grippe porcine ... 96

5.2. Implications des résultats de l’étude et hypothèses soulevées ... 97

Chapitre 2 : Etude de l’effet de l’immunité maternelle sur la dynamique virale au moyen d’une approche par modélisation ... 99

1. Les limites des travaux de modélisation de la grippe chez le porc disponibles aujourd’hui ... 99

2. Objectifs et stratégie retenue ... 101

3. Un modèle stochastique de métapopulation pour comprendre l’impact de l’immunité maternelle sur la persistance observée en élevage ... 101

4. Discussion – Perspectives ... 118

4.1. Le modèle et ses choix de représentation ... 118

4.2. Implications des résultats obtenus ... 120

Chapitre 3 : Evaluation de mesures de maitrise de la grippe en élevage dans un contexte de co- circulation de deux sous-types viraux ... 121

1. La modélisation : un outil au service de l’évaluation de mesures de maitrise d’agents pathogènes ... 121

2. Complexification du précédent modèle ... 122

3. Un modèle de co-circulation pour évaluer des mesures de maitrise en élevages et le risque de génération de virus réassortants lors des infections concomitantes ... 123

DISCUSSION GENERALE ... 140

1. Stratégie et choix méthodologiques mis en œuvre ... 140

1.1. Organisation du projet ... 140

1.2. Niveau de représentation ... 141

1.3. Une approche originale complémentaire aux travaux réalisés jusqu’ici ... 143

1.4. Limites de l’approche considérée et conséquences des choix faits sur les résultats produits ... 145

1.4.1. L’approche expérimentale appliquée à l’estimation de paramètres épidémiologiques ... 145

1.4.2. Un modèle générique pour l’identification des facteurs associés à la persistance enzootique d’un virus Influenza dans la population ... 147

1.4.3. Le modèle réaliste permettant l’évaluation ex ante de mesures de maîtrise ... 148

2. Résultats et conclusions de l’ensemble du projet ... 150

2.1. Rôle de l’immunité maternelle dans la persistance du virus ... 150

2.2. La transmission aérienne est nécessaire pour le transfert du virus d’une bande à l’autre . ... 151

2.3. Impact de la conduite en bandes sur la persistance virale et conséquences sur l’épidémiologie des virus ... 151

2.4. Stratégies de maitrises mises en évidence ... 152

3. Conséquences pratiques des conclusions du projet ... 153

3.1. Applications immédiates en élevage ... 153

3.1.1. Préconisations aux éleveurs ... 153

3.1.2. La détection du virus dans l’air comme alternative à l’écouvillonnage nasal ... 155

3.2. Perspectives scientifiques à court et moyen termes ... 155

3.2.1. Estimation des paramètres de transmission correspondant aux autres sous-types

circulant en élevage ... 156

3.2.2. Evaluation de la transmission sous la couverture vaccinale européenne ... 157

3.2.3. Travaux complémentaires sur le facteur de sensibilité ... 158

3.2.4. Travaux complémentaires sur la génération de réassortants ... 158

3.2.5. La modélisation intra-hôte, un outil nouveau à développer chez le porc ... 159

3.3. Perspectives à plus long terme ... 160

3.3.1. Circulation de la grippe en présence des autres pathogènes du complexe respiratoire porcin ... 160

3.3.2. Prise en compte de la notion de réseau dans la gestion de la grippe porcine en élevage ... 160

3.3.3. La grippe porcine replacée dans une approche de type « one health » ... 162

Conclusion ... 163

Références bibliographiques ... 165

Liste des publications et communications issues de la thèse ... 192

Publications scientifiques dans des revues à comité de lecture ... 192

Communications orales en congrès ... 192

Posters affichés en congrès ... 193

Communications orales lors de journées techniques ... 193

Articles professionnels et de vulgarisation ... 193

Annexes ... 196

Annexe 1 : Nombre de salles nécessaires sur l’élevage et mouvements des bandes en fonction de la conduite en bandes (4, 5, 7, 10 et 20 bandes) ... 197

Annexe 2 : Algorithme Direct de Gillespie ... 204

Annexe 3 : Publication associées à la communication orale présentée aux Journées de la Recherche Porcine (Paris, France, Février 2016) ... 205

Annexe 4 : Publication associées à la communication orale présentée à la SVEPM (Elsinore,

Danemark, Mars 2016) ... 211

Table des figures

Figure 1 - Structure d’un virus Influenza A. ... 12

Figure 2 - Principales étapes du cycle de réplication des virus Influenza A. ... 13

Figure 3 - Synthèse des franchissements de la barrière inter-espèces. ... 20

Figure 4 - Origine supposée du virus Influenza H1N1 pandémique de 2009 (H1N1pdm/09). ... 24

Figure 5 - Photos de poumons sain (a) et issus de porcs infectés par un virus Influenza en phase d’état (b) et en phase aiguë (c et d). ... 33

Figure 6 - Immunité développée pendant l’infection par les virus Influenza. ... 35

Figure 7 - Représentation schématique de l’excrétion et de la production d’anticorps (Ac) observées suite à des challenges successifs par trois virus influenza A enzootiques dans la population européenne. ... 42

Figure 8 - Origine des virus Influenza porcins (swIAVs) devenus enzootiques dans la population porcine ... 47

Figure 9 - Description des épisodes infectieux observés chez les porcelets suivis (40 porcelets par bandes, trois bandes consécutives par élevages, trois élevages). ... 51

Figure 10 - Ecouvillons en polyester utilisés en élevage pour le prélèvement des sécrétions nasales. ... 54

Figure 11 - Modèle épidémiologique SIR (Sensibles, Infectés, Retirés) décrit par le système d’équations différentielles (2). ... 64

Figure 12 - Schéma bilan représentant le positionnement de la modélisation par rapport aux études de terrain et expérimentales. ... 67

Figure I.1 - Dispositif expérimental du pré-essai. ... 76

Figure I.2 - Chronologie des opérations lors du pré-essai. ... 77

Figure I.3 - Modèle épidémiologique utilisé pour l’estimation des paramètres de transmission dans chacun des groupes du pré-essai. ... 77

Figure I.4 - Résultats de RT-PCR qualitative pour les porcelets EOPS sans AOMs et les porcelets

conventionnels avec AOMs. ... 78

Figure I.5 - Profils sérologiques moyens des porcelets EOPS AOM- (a) et des porcelets conventionnels AOM+ (b) selon leur statut. ... 79 Figure I.6 - Profils sérologiques des porcelets inoculés en fonction de leur statut immunitaire. ... 95 Figure I.7 - Détection des charges génomiques virales dans l’air des animaleries contenant les porcelets de l’essai... 97 Figure I.8 - Représentation du modèle TIV (cellules cibles (Target), cellules Infectées, Virions produits) intra-hôte et équations différentielles associées. ... 96 Figure I.9 - Représentation du pic épidémique d’une bande de porc à partir d’un modèle déterministe nourri par les données estimées dans l’essai ... 98 Modèle épidémiologique SIR (a) et SEIR (Sensibles, Exposés, Infectés, Retirés) (b) avec Figure II.1 -

démographie (naissance/mortalité) décrits par le système d’équations différentielles (2) de l’introduction générale. ... 119 Figure III.1 - Représentation théorique de l’évolution des titres sérologiques moyens dans les

différentes bandes de l’élevage selon les principales stratégies de vaccination utilisées

actuellement en élevage : la vaccination en bande à bande (en haut) et la vaccination de

masse (en bas) ... 121

Figure III.2 - Evolution de la répartition des élevages bretons selon la conduite en bandes (%) entre

2010 et 2015. ... 122

Liste des tableaux

Tableau 1 - Origine génétique des principaux virus influenza porcins européens. ... 48

Tableau 2 - Bilan des données de quantification de la transmission de virus Influenza, en conditions

expérimentales ou de terrain. ... 70

Tableau I.1 - Paramètres de transmission estimés lors du pré-essai. ... 78

Tableau I.2 - Estimation des paramètres de transmission [Intervalle de Confiance à 95%] pour les

porcelets ayant des niveaux d’anticorps maternels élevés (AOMH + [n = 26]), faibles

(AOML + [n = 7]) et pour les porcelets sans anticorps maternels (AOM- [n = 33]). ... 97

Liste des abre viations

AOMs : Anticorps d’Origine Maternelle (« MDAs » en anglais)

AOM+ : Porcs ayant des AOMs (« MDA+ » en anglais)

AOM- : Porcs sans AOMs (« MDA- » en anglais) ARNm : Acide Ribonucléique messager BIC: Bayesian Information Criteria BR : batch-rearing (conduite en bandes) CDC : Center of Disease Control

CRP : Complexe Respiratoire Porcin

Ct-value : valeur de cycle correspondant au cycle de détection

E. Coli : Escherichia Coli

EID

: Embryo Infectious Dose à 50%, titre viral requis pour causer une infection chez 50 % des embryons inoculés.

ELD

: 50% Embryonic Lethal Dose, titre viral requis pour causer la mort chez 50 % des embryons inoculés

ELISA : essai d’immuno-absorption enzymatique (« enzyme-linked immunosorbent assays ») EOPS : Exempts d’Organismes Pathogènes Spécifiés

GLM : Modèle Linéaire Généralisé HA : Hémagglutinine

HP : Hautement Pathogène HR : Hazard Ratio

H

N (tr) : Sous-type viral ayant une hémagglutinine de type � et une neuraminidase de type , l’indice indiquant l’origine de l’hémagglutinine du virus (i.e. dérivé de l’espèce aviaire

ou humaine

). (tr) signifie que le virus considéré est un triple réassortant.

IC 95% : Intervalle de confiance à 95%

IFN- α : Interférons-α IFN- γ : Interférons-γ

IgA : Immunoglobulines de type A IgG : Immunoglobulines de type G IgM : Immunoglobulines de type M

IHA : Test d’Inhibition de l’Hémagglutination jpi : jours post-inoculation

LL : Log-vraisemblance

LTc : Lymphocytes T cytotoxiques M1 : Protéine de matrice

M2 : Protéine de matrice également appelé canal ionique.

MDA+/- : Maternally Derived Antibodies +/- (AOM+/AOM- en français)

MEM : Milieu Minimum Essentiel

MLE : Méthode d’estimation du maximum de vraisemblance

MSEIR : Individus avec AOMs - Sensibles - Exposés - Infectés - Retirés

MSIR : Individus avec AOMs - Sensibles - Infectés - Retirés

NA : Neuraminidase

NAADSM : North American Animal Disease Spread Model

NEP : Protéine d’export nucléaire NK : cellules Natural Killer NP : Nucléoprotéine

NS : Protéines non-structurales NS1 : Protéine non-structurale 1 NS2 : Protéine non-structurale 2

OMS : Organisation Mondiale de la Santé ONU : Organisation des Nations Unies ORF : Open-reading Frame

PA : Protéine acide

PCR : Réaction en chaîne par polymérase (« Polymerase Chain Reaction »)

PB1 : Protéine basique 1 PB2 : Protéine basique 2

PCV2 : Circovirus Porcin de type 2 pdm : pandémique

PPAs : Protéines de la phase aigüe de l’inflammation

PPC : Peste Porcine Classique

PRCv : Coronavirus Respiratoire Porcin

�

: Nombre de reproduction de base RCP : Résumé des Caractéristiques du Produit RNP : complexes Ribo-nucléoprotéiques RT-PCR : Réaction en Chaîne par Polymérase en temps réel

SARS : Severe Acute Respiratory Syndrome SDRP : Syndrome Dysgénésique et Respiratoire Porcin

SEIR : Sensibles - Exposés - Infectés - Retirés SIR : Sensibles - Infectés - Retirés

swIAVs : virus Influenza porcins de type A (pour

« swine Influenza A viruses »)

TIV : cellules cibles (« Target ») – cellules Infectées – Virions produits

TNF- α : Facteur de nécrose tumorale α TRIG : Triple reassortant internal gene

USDA : United States Department of Agriculture

VHE: Virus de l’hépatite E

INTRODUCTION GENERALE

INTRODUCTION GENERALE

I. Les virus Influenza : caractéristiques générales et maladie associée

1. Classification des virus Influenza

Les virus Influenza appartiennent la famille des Orthomyxoviridae (du grec orthos : standard, et myxo : mucus) du fait de leur capacité à se lier au mucus respiratoire. Cette famille de virus comprend désormais sept genres depuis l’introduction des virus Influenza de type D dans la nomenclature (Hause et al., 2014). Ces sept genres sont : les Isavirus, infectant principalement les saumons, les Thogotovirus, infectant les vertébrés et les invertébrés tels que les moustiques et les parasites du poisson, les Quaranjavirus et les virus Influenza de type A, B, C et D.

Les virus Influenza sont classés, dans le système de nomenclature actuel introduit en 1980, par type, sous-type et génotype. La classification par type est basée sur les différences antigéniques entre les nucléoprotéines (NP) et les protéines constituant la matrice (M). On retrouve les virus Influenza de type A et B d’un côté, et les virus Influenza de type C et D de l’autre puisqu’ils présentent un segment d’ARN en moins (sept segments pour ces derniers).

Les virus Influenza de type B, C et D ont une spécificité d’hôte marquée. Les types B et C ont été principalement isolés chez l’homme. Le type B a aussi été isolé chez le phoque ; le type C ponctuellement chez le porc. Bien que les bovins soient aujourd’hui considérés comme le réservoir primaire des virus Influenza de type D, le premier isolement a été réalisé chez le porc en 2011 (Hause et al., 2014; Chiapponi et al., 2016). Depuis, des anticorps contre ces virus Influenza de type D ont également été identifiés chez le mouton et la chèvre mais ceux-ci n’affectent pas les volailles.

Contrairement aux trois types mentionnés précédemment, les virus Influenza de type A sont

capables d’infecter une grande diversité d’espèces aviaires et de mammifères, incluant l’homme, le

porc, le cheval et les mammifères aquatiques (Easterday, 1980). D’ailleurs, ce sont ces virus qui

circulent majoritairement chez le porc. Ces virus Influenza de type A sont eux aussi classés en sous-

types sur la base de la nature antigénique de leurs glycoprotéines de surface : l’hémagglutinine (HA)

et la neuraminidase (NA). Ainsi, 17 HAs (H1 à H17) et 9 NAs (N1 à N9) ont été distinguées d’un point

de vue antigénique et génétique parmi tous les virus Influenza (Fouchier et al., 2005; Tong et al.,

2012). Chez l’homme, 3 HAs et 2 NAs ont été décrits depuis 1918 (Nicholson et al., 2003; Medina et

Garcia-Sastre, 2011). C’est la combinaison de HA et de NA présents sur le virus qui détermine son

Figure 1 - Structure d’un virus Influenza A. L’hémagglutinine (HA), la neuraminidase (NA), et une

partie de la protéine de matrice 2 (M2, dit aussi canal ionique) émergent de la surface de l’enveloppe. La

protéine de matrice 1 (M1) se situe sous cette enveloppe. Les segments d’ARN viraux sont recouverts par la

nucléprotéine (NP) et liés par un complexe de trois polymérases (les protéines basiques PB1 et PB2, et la

protéine acide PA) (Source : Lamb et Krug, 1996).

sous-type. Ainsi, les isolats sont nommés selon la convention suivante : le type, l’espèce d’origine, le lieu, la souche, l’année d’isolement et le sous-type (Exemple : A/swine/Wisconsin/125/98/H1N1) (Wright et al., 2007).

2. Structure des virus Influenza

Les virus Influenza ont une morphologie sphérique ou filamenteuse. Ce sont des virus de taille moyenne, avec un diamètre allant de 80 à 120 nm (Wright et Webster, 2001)(Figure 1). Le génome des virus Influenza de type A est composé de 8 segments uniques d’ARN monocaténaire ayant une polarité négative (Lamb et Krug, 1996). La longueur de ces segments varie entre 890 et 2341 nucléotides. Les segments 1, 2, 3, 4, 5 et 6 codent chacun une protéine virale, à savoir la protéine basique 2 (PB2), la protéine basique 1 (PB1), la protéine acide (PA), l’hémagglutinine (HA), la nucléoprotéine (NP) et la neuraminidase (NA), respectivement. Les deux derniers segments produisent deux ARN messagers par épissage différentiel et codent respectivement pour deux protéines différentes: la protéine de matrice M1 et le canal ionique M2 pour le segment 7, la protéine non-structurale NS1 et la protéine d’export nucléaire NEP pour le segment 8 (Figure 1). Chez certaines souches, un second cadre ouvert de lecture (Open-Reading Frame, ORF) permet au segment 2 de coder également pour un petit polypeptide PB1-F2 (qui induit la production d’interférons β (Haas, 2010), voire une troisième protéine, N40, correspondant à la protéine PB1 tronquée en N-terminal (Lamb et Krug, 1996; Murphy et Webster, 1996; Simon, 2010).

Ces virus sont enveloppés avec sur leur membrane externe, deux glycoprotéines transmembranaires (HA et NA), ainsi que la protéine matricielle M2 présente en plus faible quantité (entre 20 et 60 molécules par virion). Cette enveloppe est dérivée de la membrane plasmique de la cellule hôte. La protéine matricielle M1 forme une couche au-dessous de l’enveloppe donnant la structure au virus et permettant l’encapsidation des complexes ribo-nucléoprotéiques (RNP), association d’un acide ribo-nucléique (ARN) avec une nucléoprotéine (NP) et des polymérases PA, PB1 et PB2 (Nayak et al., 2004; Arranz et al., 2012; Crisci et al., 2013). Deux protéines non- structurelles sont également associées aux virus Influenza : NS2 dans les virions et NS1 dans les cellules infectées exclusivement.

3. Mécanisme de réplication au sein de la cellule-hôte

Toutes les protéines virales sont impliquées dans la réplication du virus. Dans cette partie, le rôle

de chacune d’entre-elles sera évoqué au fur et à mesure de leur intervention.

Figure 2 - Principales étapes du cycle de réplication des virus Influenza A (Source : adapté de Herolds et al., 2015*).

* Herold, S., Becker, C., Ridge, K. M., & Budinger, G. R. S. (2015). Influenza virus-induced lung injury: pathogenesis and implications for treatment. European Respiratory Journal, 45(5), 1463-1478.

1. Adsorption et endocytose

2. Décapsidation et libération de

l’ARN viral

3. Réplication du génome et

expression 4. Morphogénèse et

bourgeonnement

3.1. L’hémagglutinine

Les virus Influenza ont la capacité de se répliquer dans les cellules épithéliales du système respiratoire supérieur, dans les monocytes/macrophages et dans les leucocytes (Roberts et Horan, 1985; Ronni et al., 1995). Ces cellules présentent, sur leur surface, des liaisons terminales α-2,6 et/ou α-2,3 de l’acide sialique qui servent de site récepteur de l’hémagglutinine des virus Influenza.

L’hémagglutinine HA est la protéine majeure de l’enveloppe. Elle forme des pics à la surface du virus (Webster et al., 1992) qui serviront de site de liaison avec la cellule-hôte. Elle est synthétisée par le virus sous forme de précurseur inactif HA0 constitué de deux sous-unités : une partie extracellulaire globulaire HA1 qui présente le site de liaison au récepteur des cellules cibles comportant une molécule d'acide sialique ; et une partie formant une « tige » (HA2) présentant un domaine transmembranaire hydrophobe et « une queue » intracellulaire et qui permettra, dans un second temps, la fusion de la membrane phospholipidique qui recouvre la particule virale avec la membrane de l'endosome de la cellule hôte lors du processus d'assemblage et de libération des virions.

Une fois attaché à la surface de la cellule hôte, le cycle de réplication des virus Influenza débute par la scission de l'hémagglutinine en HA1 et HA2 grâce à un clivage au niveau d'un peptide reliant les deux sous-unités réalisé par des enzymes présentes dans le tractus respiratoire. Ces enzymes sont produites par l’hôte mais peuvent également dériver de bactéries, qui, dans ce cas, vont encourager l’infection. Après scission de HA, le site récepteur de HA1 peut se lier à un résidu d’acide sialique présent à la surface de la cellule, assurant ainsi la fixation du virus sur les récepteurs de la cellule hôte (Weis et al., 1988). Le virus est alors endocyté par la cellule hôte (Figure 2).

3.2. Protéines internes

Les complexes ribo-nucléoprotéiques jouent un rôle clé pendant le cycle d’infection puisqu’ils sont responsables de la réplication du génome viral et de la transcription de l’ARN dans le noyau cellulaire (Nayak et al., 2004). Dans le noyau, le complexe ribo-protéique sert de matrice pour la synthèse de l’ARN viral. Les ARN messagers (ARNm) viraux alors produits sont reconnus comme des ARNm endogènes et sont traduits en protéines par la machinerie de la cellule hôte (Portela et Digard, 2002). Dans la phase de réplication, une première copie complémentaire de l’ARN viral est également synthétisée puis encapsidée par l’ARN polymérase et la NP, protéine structurale qui intervient également dans la régulation de la transcription virale (Portela et Digard, 2002).

Les protéines matricielles M1 et M2 sont activement impliquées dans le cycle de transcription et

de réplication virale. M1 forme une matrice dans laquelle les ribonucléocapsides virales du complexe

ribo-nucléoprotéique se retrouvent (Nayak et al., 2004) alors que le canal ionique M2 est impliqué

dans l’entrée, l’assemblage et le bourgeonnement viral (Rossman et Lamb, 2011). M2 facilite également la conduction de protons dans la membrane virale pour dissocier le complexe ribo- nucléoprotéique de la protéine M1, permettant ainsi au virion d’aller vers le noyau cellulaire et de déclencher la réplication virale (Takeda et al., 2002; Pinto et Lamb, 2006; Rossman et Lamb, 2011).

Après réplication, les ribonucléocapsides en forme d’hélice du complexe ribo-nucléoprotéique accueilleront l’ARN viral et la nucléoprotéine sur laquelle des petites quantités de protéines nucléaires externes (aussi appelée protéine non-structurale NS2) et trois protéines polymérase (PB1, PB2 et PA) viendront se greffer (Nayak et al., 2004; Palese et Shaw, 2007; Arranz et al., 2012).

La protéine NS1 est massivement exprimée dans les cellules infectées (Garcia-Sastre, 2001) et permet d’améliorer l’efficacité de la réplication virale en régulant la morphogénèse des particules virales et en contrôlant l’épissage et la traduction de l’ARNm viral. Chez l’hôte, NS1 est impliquée dans la diminution de l’apoptose cellulaire (Hale et al., 2008) et dans la suppression de la réponse immune en diminuant l’activation des protéines impliquées dans la réponse antivirale (Garcia-Sastre, 2001).

3.3. La neuraminidase

L’acide sialique est également le substrat de la neuraminidase NA. En effet, NA rompt la liaison entre l’acide sialique et les résidus glucosés attenants par hydrolyse, détruisant ainsi le site récepteur (Air, 2012). Les virus produits vont alors être libérés de la cellule-hôte et se propager dans l’organisme. Ces nouveaux virus vont ensuite infecter d’autres cellules ou être transmis à d’autres individus. Leur membrane lipidique, dérivée de la cellule hôte dans laquelle ils ont été répliqués, les rend très sensibles aux détergents et à la plupart des désinfectants antiviraux utilisés.

Il existe une grande variété de molécules d’acide sialique (acide N-acétylneuraminique) définie

par le type de liaison existant entre ces molécules et les résidus de galactose présents à la surface de

la membrane cellulaire ou dans les sécrétions glandulaires (de mucus respiratoire notamment). Ces

liaisons participent à la constitution d’une barrière naturelle inter-espèce. En effet, les HAs des virus

humains se lient préférentiellement aux liaisons α-2,3 alors que les virus aviaires se lient aux liaisons

α-2,6 (Nicholls et al., 2008), limitant le risque d’infection de l’homme par les virus aviaires. Le porc

présente ces deux types de récepteurs : les récepteurs α-2,6, présents en grande quantité dans les

voies respiratoires supérieures et les récepteurs α-2,3, présents plus en profondeur. De par cette

double présence, le porc est sensible aux virus humains et aviaires (Ito et al., 1998; Punyadarsaniya

et al., 2011) et la notion de « mixing vessel » ou « vecteur de mélange viral » lui est fréquemment

associée.

4. Réassortiments et mutation antigénique

Quelle que soit l’espèce cible, l’émergence de nouvelles souches de virus Influenza A, distinctes des souches circulantes d’un point de vue antigénique, résulte de l’un des trois mécanismes suivant :

 Le transfert direct d’un virus complet provenant d’une autre espèce.

Ce fût vraisemblablement le cas en 1918, lorsque le virus d’origine aviaire H1N1 responsable de la pandémie dite de « grippe espagnole » (Taubenberger et Palese, 2006) s’est propagé dans la population humaine, provoquant l’une des pandémies les plus meurtrières, responsable de 20 à 40 millions de décès.

 Le glissement ou la dérive antigénique.

Le glissement antigénique est dû à des modifications génétiques ponctuelles liées à une infidélité de transcription de l’ARN polymérase virale, enzyme dépourvue de mécanisme de relecture et d’activité de correction. Les modifications non-silencieuses ainsi introduites peuvent, si elles affectent un site antigénique, contribuer à l’échappement de l’immunité spécifique de l’hôte par le virus.

La dérive antigénique résulte d’un changement antigénique progressif des virus circulants après des mutations ponctuelles successives sur les séquences codant les glycoprotéines de surface. Un phénomène de sélection naturelle s’opère ensuite et le mutant le plus adapté et échappant à la reconnaissance du système immunitaire de l’hôte se propage. La taille et la sévérité de l’épidémie en découlant dépendront alors du degré d’homologie entre le virus « dérivé » et celui qui a déjà circulé dans la population.

Les virus Influenza de type B et C ont été isolés essentiellement chez l’ho e, so t à l’o igi e de t ou les espi atoi es le plus sou e t i s, et ne sont pas considérés comme un enjeu important de santé publique vétérinaire. En revanche, les virus Influenza de type A ont une spécificité d’hôte t s la ge et p se te t u el e jeu de sa t pu li ue t i ai e.

Pa i les o stitua ts du i us, l’h aggluti i e et la eu a i idase so t

de première importanc e puis u’elles fa ilite t l’e t e et la so tie du

i us de la ellule hôte et u’elles so t les p e i es i les e o ues

par le système immunitaire après infection ou vaccination.

 Le réassortiment génétique.

La nature segmentée du génome des virus Influenza permet à deux virus infectant de manière concomitante une cellule hôte d’échanger des segments entiers d’ARN pendant la réplication virale.

Lorsque deux virus infectent la même cellule, le virus « descendant » peut ainsi hériter de segments génomiques fabriqués à partir d’une combinaison empruntant des segments aux deux virus

« parents » lors de l’assemblage et du bourgeonnement. Lorsque le réassortiment affecte les gènes codant HA et NA, il provoque une cassure antigénique c’est-à-dire le remplacement d’un antigène majeur voire des deux (HA et/ou NA) (Webster et al., 1982; Kuntz-Simon et Madec, 2009). La pathogénicité de ce réassortant peut être accrue. Le virus asiatique H2N2, responsable de la pandémie de 1957, illustre ce cas. Lors d’une infection concomitante, le réassortant produit avait acquis HA, NA et le gêne PB1 du virus aviaire en gardant les cinq autres segments du virus saisonnier H1N1 d’origine humaine qui circulait à l’époque. De même, en 1968, le virus H3N2 d’Hong-Kong avait acquis les segments HA et PB1 d’origine aviaire et six segments provenant du virus humain saisonnier H2N2 (Kawaoka et al., 1989; Webster et al., 1992; Webby et Webster, 2001; Van Reeth, 2007).

Actuellement, aucune combinaison spécifique NA-HA et/ou mutations sur les acides aminés n’ont été identifiées pendant la transmission inter-espèce pour expliquer une augmentation de la stabilité du virus réassortant (Wright et al., 2007). De nombreuses mutations apparaissent nécessaires pour produire une HA distincte (Wolf et al., 2006). Le nouveau variant HA doit également se lier au segment de génome approprié pour pouvoir se transmettre. Cette installation dans une population peut prendre du temps et la disparition de cette nouvelle HA avant liaison au bon endroit est fréquente (Rambaut et al., 2008).

Enfin, la réémergence d’un virus ayant déjà causé une épidémie quelques années plus tôt peut

être observée. Le virus H1N1, responsable de la grippe russe, a émergé de nouveau en 1977 après

une circulation chez l’homme en 1950. Le porc est également considéré comme un réservoir dans

lequel d’anciennes souches humaines d’Influenza ont été maintenues puis réintroduites dans la

population humaine après perte de l’immunité associée. Par exemple, les virus Influenza de sous-

type H3N2 ont également persisté chez le porc plusieurs années après que leurs homologues ont

causé la grippe de « Hong-Kong ». De même, les souches à l’origine des pandémies de 1918 (H1N1)

et 1968 (H3N2) circulent toujours chez le porc actuellement. Tout ceci confirme la faculté du porc à

être un réservoir des virus Influenza et de segments de gênes viraux qui pourront être transmis à une

population humaine sensible dans un futur plus ou moins proche, après perte de l’immunité de

population liée à la disparition des classes d’âge ayant rencontré ces virus.

Bien que les réassortiments et les changements antigéniques soient très présents chez le porc, les dérives antigéniques sont moins fréquentes et plus lentes que chez l’homme. La présence de nouveaux porcelets sensibles engendrée par le fort renouvellement de la population produit une pression immunitaire relativement faible qui pourrait expliquer cette dérive antigénique limitée.

Chez l’homme, les épidémies saisonnières de forte intensité sur une période limitée dans le temps sont un facteur de risque de modifications génétiques. Les souches évoluent donc différemment dans les deux espèces. Ainsi, peu de relations antigéniques existent entre les souches humaines saisonnières et les virus Influenza porcins de mêmes sous-types (dénommé swIAVs dorénavant pour swine Influenza A viruses), même ceux ayant acquis des HAs d’origine humaine (de Jong et al., 2007;

Yassine et al., 2008; Kyriakis et al., 2011). Néanmoins, la dérive antigénique des virus H3N2 a été identifiée aux Pays-Bas et en Belgique et a conduit à une perte de la réaction croisée avec l’isolat plus récent de la souche virale humaine (A/Port Chalmers/1/73 (H3N2)) actuellement utilisé dans les vaccins porcins. Par conséquent, la substitution par un isolat plus récent de H3N2 a été recommandée (de Jong et al., 1999). De même, il existe des différences entre les sous-types affectant le porc. Le sous-type H1

N1, prédominant en Europe, est celui qui présente le moins de diversité génétique et antigénique sur ce continent. En effet, il ne possède pas de clusters locaux et une faible évolution au cours du temps. Le sous-type H1N2 présente, de son côté, une plus grande dérive génétique. Un nouveau variant a d’ailleurs été isolé dans le Sud-Ouest de la France et semble s’installer dans la population porcine (Synthèse du Réseau National de Surveillance des Virus Influenza chez le Porc [Résavip], 2015, communication personnelle).

5. Les virus Influenza responsables d’une maladie respiratoire : la grippe

5.1. Historique

5.1.1. Apparition des virus Influenza chez la volaille

Les virus Influenza sont à l’origine d’une infection respiratoire aiguë, dénommée « Influenza » ou

« grippe », qui affecte les hommes et les animaux de manière épidémique depuis des décennies. Le nom Influenza est apparu en Italie au début du 15

siècle. Il fut ensuite adopté dans toute l’Europe

Compte-tenu de leur génome à ARN simple brin segmenté, les virus Influenza

présentent un fort taux de mutation (dérive ou glissement antigénique) et la

possibilité de générer des virus réassortants (cassure antigénique), accentuant

l’i po ta e de l’ tude de l’ pid iologie de es i us pou la sa t pu li ue

vétérinaire.

pour décrire l’apparition d’une épidémie soudaine que l’on pensait à l’époque comme étant d’origine stellaire.

Les virus Influenza ont été isolés pour la première fois chez la volaille en 1878 à la suite d’un épisode infectieux à l’origine d’une importante mortalité chez les volailles domestiques. Cet épisode avait été décrit comme étant de la « peste aviaire » à l’époque. En 1901, l’agent infectieux est caractérisé comme étant un agent ultra-filtrable (i.e. virus) mais ce n’est qu’en 1955 que la relation entre cet agent et les virus Influenza de type A a été démontrée. Les analyses phylogénétiques suggèrent que toutes les souches de virus Influenza A circulantes dériveraient de virus aviaires (Wright et al., 2007). Les virus Influenza ont ensuite été isolés chez le porc, puis l’homme.

5.1.2. Introduction chez l’homme et s ituation actuelle

Depuis le siècle dernier, les virus Influenza qui se sont établis chez l’homme sont de sous-types H1N1, H2N2, H3N2 et H1N2 (Hay et al., 2001; Ellis et al., 2003). Parmi ceux-ci, trois sous-types sont aujourd’hui endémiques dans la population humaine (H1N1, H3N2 et H1N2), engendrant chaque année des épidémies de grippe saisonnière. Ces épidémies peuvent avoir deux origines possibles : une persistance locale à bas bruit durant les périodes inter-épidémiques permettant une évolution et une réémergence provoquant l’épidémie suivante ou une circulation des virus grippaux à l’échelle mondiale permettant l’introduction d’une diversité génétique. Des études ont démontré que la seconde hypothèse est la plus probable avec des introductions de virus provenant des zones tropicales vers les zones tempérées (Russell et al., 2008; Chan et al., 2010). Malgré un nombre de reproduction de base relativement faible ( ≈ ) (Biggerstaff et al., 2014), ces épidémies sont caractérisées par une forte intensité sur une période de temps relativement courte (quelques mois).

Outre les conditions climatiques favorisant la survie du virus dans l’environnement et la transmission entre individus, ce phénomène peut également être expliqué par des modifications des structures de contacts dans la population durant la période hivernale (Willem et al., 2012; Lowen et Steel, 2014).

Les infections par les virus influenza engendrent peu de mortalité, chez les personnes âgées ou

immunodéprimées principalement. La grippe humaine infecte principalement le tractus respiratoire

et cause une pneumonie virale caractéristique (Zambon, 2001). Ces épidémies annuelles de grippe

ont été montrées comme ayant des conséquences économiques importantes puisqu’elles réduisent

la productivité des salariés (Keech et Beardsworth, 2008). Contrairement à ces virus endémiques

contre lesquels une grande partie de la population a développé une immunité (naturelle ou

vaccinale), les virus pandémiques se caractérisent par leur aptitude à se propager à l’échelle de la

population mondiale dans un temps relativement court. Ils résultent de l’introduction d’un nouveau

virus Influenza dans une population humaine qui ne présente aucune immunité préexistante, soit par

transmission directe d’un virus entier provenant d’une autre espèce, soit d’un glissement génétique ou d’un réassortiment lors de l’infection concomitante d’une même cellule hôte. On observe alors la propagation d’une épidémie sur une large zone géographique. Ils peuvent alors infecter des personnes de tout âge et peuvent également être plus pathogènes que les virus saisonniers, conduisant à des formes graves chez des personnes non à risque. A la suite de la pandémie, ces virus deviennent généralement endémiques et sont également isolés lors des épidémies saisonnières, comme c’est le cas actuellement pour le virus pandémique H1N1 de 2009. Quelques virus pandémiques ont d’ailleurs engendré d’importantes mortalités dans la population humaine : pendant la pandémie de « grippe espagnole » de 1918-19 causée par un virus H1N1, entre 25 et 30%

de la population mondiale est tombée malade, la plupart des décès touchant des personnes de 20 à 40 ans à priori en bonne santé (Reid et al., 2001). Outre cet épisode meurtrier, deux autres pandémies de grippe, moins meurtrières, sont à signaler au XXème siècle : la pandémie de « grippe asiatique » de 1957 et celle de « Hong-Kong » en 1968, causée respectivement par des virus H2N2 et H3N2 (Wright et Webster, 2001). Le virus de la « grippe espagnole » était un virus aviaire entièrement transmis à l’homme, alors que les deux autres virus pandémiques étaient des réassortants issus de combinaisons de gènes de virus aviaires et humains. La dernière pandémie en date correspond au virus H1N1 pandémique de 2009, virus constitué d’une constellation de gènes dont la majeure partie est d’origine porcine et résultant ainsi probablement de multiples réassortiments consécutifs ayant eu lieu dans cette espèce.

5.1.3. Apparition de la maladie chez le porc

Les premiers signalements de maladies semblables à la grippe chez le porc ont été décrits conjointement aux Etats-Unis et en Hongrie et en Chine pendant la pandémie de grippe espagnole de 1918 (Chun, 1919; Koen, 1919; Dorset et al., 1922; Beveridge, 1977) mais ce n’est que 12 ans plus tard que le virus a été isolé et identifié chez le porc (Shope, 1931). Ce virus de sous-type H1N1, descendant du virus pandémique de 1918, fut la première souche du lignage dénommé « classical swine ». Des analyses génétiques ont, a posteriori, confirmé que ces premiers swIAVs et les virus humains de 1918 étaient très proches (Taubenberger et Palese, 2006) et des études sérologiques ont montré que ce sous-type H1N1 « classical swine » a continué à infecter les porcs sur ce continent jusque dans les années 30. Des infections humaines par ce virus ont même été relatées aux Etats- Unis, en Europe et en Nouvelle-Zélande. Cependant, la question de l’ordre d’apparition de ce virus (chez l’homme puis le porc ou vice-versa) reste entière.

Le premier isolement d’un virus provenant du porc chez l’homme a été réalisé en 1933 lors du

lavage trachéal d’un patient. A l’époque, il avait fallu l’inoculation intranasale de ce lavage à un furet,

Figure 3 - Synthèse des franchissements de la barrière inter-espèces. Les flèches indiquent les

transmissions documentées de virus Influenza A d’une espèce donneuse vers une espèce receveuse. Les

flèches rouges concernent la transmission des virus Influenza A vers et depuis l’espèce porcine. L’épaisseur

des flèches donne une indication relative quant aux fréquences apparentes de transmissions. Les flèches en

pointillés indiquent que l’hypothèse de la transmission inter-espèces repose uniquement sur des

investigations sérologiques et non virologiques (Source : Gaëlle Simon, Anses).

espèce très sensibles aux virus Influenza (Smith et al., 1933), pour l’identifier. L’isolat a été par la suite classé comme étant de type A.

5.2. Espèces sensibles et transmission inter-hôtes

5.2.1. Rôle des volailles dans l’épidémiologie des virus Influenza A

Les virus Influenza A présentent globalement une forte spécificité d’hôte mais qui n’empêche pas les transmissions inter-espèces (Neumann et Kawaoka, 2006; Landolt et Olsen, 2007), en particulier entre les oiseaux et les mammifères. Des franchissements de barrière d’espèces sont ainsi fréquemment observés, complexifiant la composition des populations virales infectant les différentes espèces (Figure 3). Ainsi, seul un sous-ensemble de sous-types est devenu endémique chez les mammifères, entrainant des infections à tropisme respiratoire plus ou moins sévères : H1, H2 et H3 chez l’homme, H1 et H3 chez le porc, et H3 et H8 chez le cheval. H3 est également observé dans l’espèce canine.

En revanche, tous les sous-types HA et NA circulent chez les canards et le gibier d’eau, considérés comme réservoirs de la diversité génétique des virus Influenza A (Hinshaw et al., 1980; Webster et al., 1992; Webby et Webster, 2001). Il convient d’identifier deux « pathotypes » de virus Influenza affectant les volailles : les virus aviaires faiblement pathogènes, causant des infections locales (intestinales ou respiratoires) mais qui restent bénignes voire asymptomatiques, et les virus hautement pathogènes, générant des infections généralisées sévères pouvant entrainer 100% de mortalité (grippe aviaire). La majorité des virus influenza aviaires sont faiblement pathogènes, mais peuvent acquérir le caractère hautement pathogène par mutation. Selon la souche virale et l’espèce de gibier touchée, les virus Influenza peuvent infecter puis être excrétés par les voies respiratoires et/ou les voies entériques (Webster et al., 1978), avec une réplication préférentielle des virus Influenza aviaires dans les cellules de l’épithélium gastro-intestinal. Les infections en découlant, majoritairement asymptomatiques, conduisent à une longue excrétion (jusqu’à 30 jours) de quantités importantes de virus dans les fèces ainsi qu’à la contamination de l’eau des lacs pour des semaines voire des mois (Hinshaw et al., 1980; Stallknecht et al., 1990). Compte-tenu du comportement migratoire de ces animaux (Rohani et al., 2009) et de la capacité des virus Influenza à persister dans l’eau froide des lacs, cette caractéristique d’excrétion pourrait jouer un rôle important dans la propagation des virus Influenza aviaires. En effet, ces virus franchissent parfois la barrière inter-espèce. Des cas de transmission directe du gibier d’eau vers le porc (Karasin et al., 2004;

Karasin et al., 2006), le cheval, le vison (Gagnon et al., 2009), les volailles domestiques et les

mammifères marins ont déjà été rapportés, avec une sévérité variable selon les infections. La

transmission des virus Influenza d’origine aviaire (« avian like ») à l’homme a également été