Study of genotypic and phenotypic diversity of the bacterium Coxiella burnetii in domestic ruminants and horses in France | Etude de la diversité génotypique et phénotypique de la bactérie Coxiella burnetti chez les ruminants domestiques et les chevaux en France

إنجليزي. Q fever is a worldwide zoonosis, due to a strict intracellular bacterium: Coxiella burnetii. Domestic ruminants mainly shed the bacteria in parturition products, vaginal mucus and feces. Humans and animals infect by inhalation of circulating pseudo-spores into the environment.Public and veterinary health issues therefore motivated the implementation of this PhD project in order to better control C. burnetii infections on farms. The objectives of this thesis were to provide descriptive epidemiological findings about: (a) circulation dynamics of C. burnetii in a naturally infected flock of sheep; (b) the genotypic diversity of circulating C. burnetii strains on domestic ruminant farms in France; (c) the phenotypic diversity of these strains as demonstrated by the use of two virulence models, one in vivo and one in vitro; and (d) the involvement of horses in the epidemiology of C. burnetii, by studying their exposure and a potential symptomatology.Longitudinal follow-up in a flock of sheep provided relevant tools to rapidly assess the risk of C. burnetii transmission when a flock was identified as infected, in terms of animal pens, diagnostic tools, or sampling periods to be preferred. We also identified three main genotypic groups of circulating strains in domestic ruminant farms in France where Q fever abortion were recorded. Two genotypic groups mainly included small ruminants, with one group mainly composed of sheep and the other mainly composed of goats. The third genotypic group was comprised almost exclusively of cattle. We have shown that the IS1111 gene significantly impacts the genotypic MLVA diversity observed. In addition to this species specificity, we have shown that the circulating genotypes in France were also spatiotemporally stable. We then developed two models of infection, one in vivo by inoculating CD1 male mice in the footpad of and one in vitro by infecting two macrophage cell lines: one bovine (SV40) and one ovine (MoCl4). These two models allowed us to show that the genotypic clusters were not systematically correlated with both the four phenotypic clusters identified in vivo from the analysis of the bacterial load in the mouse spleens and the analysis in vitro of the C. burnetii multiplication kinetics.Finally, the seroprevalence observed in horses within hyperendemic areas for Q fever in humans (Camargue and Plain of La Crau) suggests that horses are exposed to the bacteria in the area and that they may be a relevant indicator of the zoonotic risk. Nevertheless, our results were inconclusive on the clinical forms associated with Q fever in horses.In the future, the findings found in our work will allow a global understanding of the circulation dynamics of C. burnetii on domestic ruminant farms as well as in others animal species. Thus, all these data will ultimately improve surveillance, diagnosis and management of Q fever in public and veterinary health.

فرنسي. La fièvre Q est une zoonose de répartition mondiale due à une bactérie intracellulaire stricte, Coxiella burnetii. Les ruminants domestiques contaminent l’environnement en excrétant la bactérie principalement dans les produits de parturition, le mucus vaginal et les fèces. L’Homme et l’animal s’infectent ensuite par inhalation de pseudo-spores circulantes dans l’environnement. Des enjeux de santé publique et vétérinaires ont ainsi motivés la mise en place de ce projet de thèse afin de mieux maîtriser les infections par C. burnetii dans les élevages. Les objectifs de ce travail étaient de produire des connaissances épidémiologiques descriptives sur : (a) la dynamique de circulation de C. burnetii en élevage ovin naturellement infecté ; (b) la diversité génotypique des souches de C. burnetii circulantes dans les élevages de ruminants domestiques en France ; (c) la diversité phénotypique de ces souches via l’utilisation de deux modèles de virulence, un in vivo et un in vitro ; et (d) l’implication du cheval dans l’épidémiologie de la fièvre Q, en étudiant son exposition à C. burnetii ainsi qu’une potentielle symptomatologie.Le suivi longitudinal réalisé en élevage ovin a permis de fournir des indicateurs pertinents à utiliser pour évaluer rapidement le risque de transmission de C. burnetii en contexte infectieux, en termes de lots d’animaux, d’outils diagnostics ou encore de périodes d’échantillonnage à privilégier. Par ailleurs, nous avons également identifié trois grands clusters génotypiques de souches circulantes dans les élevages de ruminants domestiques en contexte d’avortement fièvre Q en France. Deux clusters génotypiques regroupent majoritairement les petits ruminants, dont un principalement les ovins et l’autre les caprins. Le troisième cluster génotypique est composé quasi-exclusivement de bovins. Nous avons montré que le gène IS1111 impacte significativement la diversité génotypique MLVA observée. Nous avons également montré qu’en plus d’une spécificité d’espèce, les génotypes circulants en France sont stables d’un point de vue spatio-temporel. Pour l’étude phénotypique, nous avons mis au point deux modèles d’infection, l’un in vivo par inoculation dans le coussinet plantaire de souris mâle CD1 et l’autre in vitro par infection de deux lignées cellulaires macrophagiques : l’une bovine (SV40) et l’autre ovine (MoCl4). Ces modèles nous ont permis d’identifier 4 clusters phénotypiques, qui n’étaient pas systématiquement corrélés aux trois clusters génotypiques, identifiés in vivo à partir de l’analyse de la charge bactérienne dans la rate de souris, ni aux cinétiques de multiplication de C. burnetii observés in vitro. Enfin, les séroprévalences obtenues chez le cheval dans une zone considérée hyperendémique pour l’Homme (Camargue et Plaine de La Crau) suggèrent que les chevaux sont exposés à la fièvre Q dans cette région et pourrait éventuellement être utilisés comme des indicateurs pertinents du risque zoonotique. Néanmoins, nos résultats ne nous permettent pas de conclure sur les formes cliniques potentiellement associées à la fièvre Q chez le cheval. À l’avenir, les résultats obtenus dans ce travail de thèse permettront une meilleure compréhension de la dynamique de circulation et des conséquences de l’infection par C. burnetii en élevages de ruminants domestiques et de chevaux. Ces données permettront in fine d’améliorer la surveillance, le diagnostic ainsi que la mise en œuvre de mesures de gestion sanitaire de la fièvre Q en santé publique et vétérinaire.