Dans une étude récente publiée dans la revue PNAS, les chercheurs ont étudié comment l’élevage de bétail à grande échelle pouvait entraîner l’émergence et la transmission de nouveaux agents pathogènes potentiellement zoonotiques. Ils ont combiné plusieurs éléments de preuve issus de la datation moléculaire, d’analyses génomiques comparatives et de phylogéographie pour examiner comment l’élevage de porcs a permis de nouvelles découvertes. Streptococcus suis lignées, dont certaines sont capables de retombées zoonotiques. Leurs découvertes révèlent comment les agents pathogènes, notamment S. suiss’adaptent pour exploiter des changements substantiels dans la taille de leur population hôte et comment cela, à son tour, peut contribuer indirectement à l’émergence de nouvelles souches zoonotiques et hautement pathogènes, potentiellement à l’échelle d’une pandémie, de microbes jusqu’ici bénins.
Étude : L’émergence et la diversification d’un pathogène zoonotique à partir du microbiote de porcs d’élevage intensif. Crédit d’image : Dusan Petkovic/Shutterstock
L’élevage du bétail et ses effets sur les agents pathogènes
Au cours des derniers siècles, l’explosion de la population humaine et le besoin associé de bétail comme nourriture et de main-d’œuvre pour aider l’industrie agricole ont abouti à une intensification mondiale de l’élevage. La boucle de rétroaction agricole des systèmes agricoles intensifs permet d’augmenter le cheptel, ce qui à son tour exige une production agricole accrue. Cela a eu pour conséquence que les populations de bétail dépassent désormais les populations combinées d’humains et d’animaux sauvages.
Ces pratiques, combinées au transport sur de longues distances des animaux d’élevage, ont contribué à une faible diversité génétique et à une forte densité de bétail. Cela constitue une recette idéale pour des épidémies d’agents pathogènes capables d’anéantir des millions de bétail sans capacité génétique de résistance, qui, une fois transportés, peuvent infecter non seulement d’autres populations de bétail mais également des populations sauvages de la même espèce ou d’espèces similaires.
De manière alarmante, on suppose que ce cocktail d’événements favorise l’émergence de nouveaux agents pathogènes zoonotiques, résultant de pathogènes sautant vers de nouveaux hôtes et de mutations dans un microbiote auparavant bénin précédemment associé à des animaux d’élevage.
« Cette voie vers l’émergence d’agents pathogènes peut être particulièrement importante dans les systèmes d’élevage intensifs, où une population importante et une densité de population élevée peuvent sélectionner des traits associés à la pathogénicité, tandis que la biosécurité réduit le risque d’entrée de nouveaux agents pathogènes dans la population. »
Streptococcus suis est un composant omniprésent du microbiote des voies respiratoires supérieures des porcs. Un élevage porcin auparavant bénin et intensif au 19ème et 20ème Depuis des siècles, on a observé que le microbe s’adaptait à un mode de vie plus pathogène. En 1954, la bactérie était impliquée dans une maladie répandue chez les porcs et constitue aujourd’hui l’une des affections les plus courantes chez les porcelets. De manière alarmante, les mutations accumulées ont permis à la bactérie de se propager de manière zoonotique aux humains, associée à la méningite, à l’arthrite, à l’endocardite et à la septicémie, avec une mort subite chez les hôtes humains et porcins.
À la suite du premier humain S. suis-Mortalité associée en 1968, la bactérie a depuis conduit à de vastes épidémies en Chine et constitue l’une des principales causes de septicémie et de méningite chez l’adulte en Asie du Sud-Est.
« Les difficultés rencontrées pour identifier les déterminants de la pathogénicité chez S. suis ont été attribuées à sa pathogenèse complexe et à son niveau élevé de diversité génétique. Peu d’études ont pris en compte les facteurs de virulence dans des souches autres que ST 1, responsable de la plupart des cas de maladie à S. suis chez le porc et chez l’homme dans le monde.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont étudié les associations entre l’élevage porcin intensif, l’émergence de nouveaux S. suis lignées et leur potentiel de retombées zoonotiques. Ils ont effectué une analyse génomique de population de plus de 3 000 échantillons bactériens provenant d’écouvillons d’amygdales et nasaux de porcs et de sangliers. Ils ont également collecté du sang infecté d’humains et de porcs souffrant de la maladie à S. suis en Amérique du Nord, en Europe, en Asie et en Australie. Ils visaient à élucider l’émergence, la propagation géographique et le degré de diversification des lignées pathogènes de la bactérie.
L’ensemble de données de l’étude comprenait 3 070 isolats génomiques de S. suis échantillons dérivés de données publiées précédemment existantes et collectés et séquencés dans le cadre de ce projet. Cela comprenait 29 génomes de référence publiés et des isolats de collection provenant de 15 pays répartis sur les cinq continents ci-dessus. L’échantillonnage a été effectué entre 2014 et 2018. Les isolats ont été traités via le pipeline de séquençage HiSeq 25000 du génome entier d’Illunima, qui a ensuite été utilisé pour créer une bibliothèque génomique d’isolats. Les séquences brutes ont été vérifiées, nettoyées et utilisées pour générer des assemblages de novo pour les évaluations de polymorphisme.
Le pipeline décrit par Athey et al. a été utilisé pour les analyses de sérotypage et de séquençage-typage. Les génomes générés ont ensuite été annotés pour identifier les gènes homologues et analyser les îlots génomiques associés à la pathogénicité. Le logiciel PopPunk a ensuite été utilisé pour identifier les génomes divergents et les classer en lignées. Les six lignées les plus courantes ainsi identifiées ont été testées pour les signaux temporels en utilisant une régression des distances racine-pointe en fonction de l’année d’échantillonnage de l’isolat. Enfin, les reconstructions d’états ancestraux ont été utilisées pour déduire la répartition géographique des lignées identifiées.
Dates d’émergence et voies de transmission entre pays pour les six lignées pathogènes les plus courantes. (A) Estimations des dates des ancêtres communs les plus récents des six lignées pathogènes les plus courantes (points colorés) par rapport à une estimation du nombre global de porcs (ligne grise). La ligne pointillée verticale indique la date du premier cas signalé de maladie à S. suis chez le porc (1954) et la ligne pointillée montre le premier cas humain signalé (1968). (B) Carte montrant les voies de transmission déduites de ces six lignées pathogènes entre les pays de notre collection. Les flèches représentent les itinéraires avec au moins un événement de transmission déduit. Les itinéraires comportant plus de dix événements de transmission déduits sont indiqués en rouge, ceux qui en contiennent plus de trois en bleu et ceux qui en contiennent un à trois en turquoise.
Résultats de l’étude
Les résultats de l’étude ont révélé qu’au cours des 200 dernières années, les populations d’élevage de porcs ont été multipliées par plus de 200, avec une augmentation maximale au cours de la seconde moitié du 20ème siècle. Ces augmentations ont abouti à l’émergence, certes progressive mais inquiétante, de plus de 10 lignées au cycle biologique hautement pathogène. La forte densité de porcs élevés, généralement traités aux antibiotiques, a donné naissance à des lignées diverses et résistantes aux antibiotiques. S. suis présentant des défis de contrôle importants.
Des analyses d’échantillons provenant d’Espagne révèlent que les porcs, qu’ils soient d’élevage ou sangliers, sont les hôtes de souches de S. suis très diverses génétiquement, ce qui suggère que l’association entre le microbe et son hôte est ancienne. Des analyses de datation génétique ont cependant révélé que les six agents pathogènes les plus courants S. suis des souches sont apparues au cours du 19ème et 20ème siècles, correspondant à l’augmentation sans précédent de l’élevage d’hôtes.
« La conclusion selon laquelle ces dates reflètent un changement écologique vers la pathogénicité dans au moins certaines de ces lignées est étayée par la preuve qu’elles ont coïncidé avec l’acquisition d’un îlot génomique associé à la pathogénicité (île 3). Ceci est en outre étayé par des modèles de réduction du génome dans chacune des lignées pathogènes. Dans les comparaisons entre espèces bactériennes, il a été démontré que la pathogénicité bactérienne est largement associée à des génomes plus petits et à moins de gènes.
Les analyses des capacités métaboliques des lignées pathogènes ont révélé qu’au moins deux îlots génomiques identifiés avaient considérablement augmenté leurs capacités de croissance au sein de l’hôte, les six îlots présentant des activités métaboliques accrues par rapport à leurs homologues plus bénins. Dans d’autres études sur les bactéries, la croissance au sein de l’hôte et le taux métabolique ont été associés à une virulence accrue, suggérant une tendance à S. suis s’adapter à un cycle biologique plus virulent avec un plus grand potentiel de retombées zoonotiques.
« Les lignées pathogènes pourraient être mieux à même d’exploiter des régions particulières de l’amygdale que les lignées commensales et vice versa, réduisant ainsi la compétition au sein de l’hôte. Cela pourrait conduire à la ségrégation de ces populations et à une réduction du flux génétique entre elles, ce qui pourrait à son tour conduire à une réduction du génome dans des lignées plus pathogènes en raison de moins de possibilités d’acquisition de gènes provenant de lignées commensales plus diverses.
Enfin, les analyses ont révélé que l’actuel S. suis Les souches présentent un taux de propagation élevé, capable d’infecter rapidement un élevage porcin entier avec l’ajout d’un ou de quelques individus infectés. Le transport à grande échelle de bétail présente ainsi un problème supplémentaire : d’anciennes souches virulentes endémiques se transmettent à travers les pays, voire les continents, capables d’infecter de nouvelles populations hôtes avec peu ou pas de résistance innée contre elles.
«Nos résultats fournissent un cadre pour comprendre la diversité génomique de S. suis et son association avec la pathogénicité. Ceci sera probablement largement utilisé dans la recherche sur S. suis et pour éclairer les stratégies visant à contrôler le fardeau de cette maladie sur l’élevage porcin et la santé humaine. Comme notre collection ne couvre qu’une petite proportion des pays qui élèvent des porcs dans le monde, un échantillonnage plus approfondi dans un plus grand nombre de pays et un échantillonnage plus approfondi au sein des pays, en particulier ceux ayant des populations porcines importantes et croissantes, sont nécessaires pour étudier l’existence de lignées pathogènes supplémentaires qui sont géographiquement restreints ou ont émergé récemment.