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Dernière mise à jour : Mai 2021

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Virologie et Immunologie Moléculaires

Unité de Virologie et Immunologie Moléculaires

10 ans d’études de la diversité génétique de la bactérie pathogène des poissons Flavobacterium psychrophilum

© Inra, Pierre NICOLAS, Eric DUCHAUD
© Inra, Pierre NICOLAS, Eric DUCHAUD
et une collaboration de longue durée entre mathématicien et biologiste

Depuis la publication en 2007 du premier génome de la bactérie pathogène des poissons Flavobacterium psychrophilum, les collaborations entre l’unité VIM (équipe Infection et immunité des poissons) et l’unité MaIAGE (équipe Bioinformatique et statistique pour les données omiques) ont permis de caractériser et comprendre la diversité génétique de cet important agent pathogène des salmonidés. A travers de nombreuses collaborations internationales (Japon, Chili, Suisse, Scandinavie, États-Unis), nous avons ainsi documenté dans des publications s’échelonnant sur une dizaine d’années la structure de population de cet agent pathogène vis-à-vis des espèces de poisson hôte et mis en évidence le rôle des échanges intercontinentaux dans sa propagation. Ce travail s’est conclu en 2018 par la publication d’une étude de génomes complets s’appuyant sur un modèle de chaîne de Markov cachée qui nous renseigne sur le rôle prépondérant des recombinaisons dans l’évolution de cette bactérie et identifie l’origine géographique et temporelle de la lignée la plus problématique vis-à-vis des piscicultures des truites arc-en-ciel (principal poisson d’élevage en France).

Contenu de la base de données MLST pour Flavobacterium psychrophilum (1097 isolats, 194 ST). On représente ici les relations entre les génotypes (Sequence Type, ST) telles que résumées dans un arbre de single-linkage clustering en utilisant comme distance entre paires de ST le nombre d'allèles qui les distinguent. La taille du cercle associé à chaque ST est proportionelle au nombre d'isolats et le découpage de ce cercle en cadrants reflète leurs provenances géographiques (ici les grandes régions du monde représentées dans l'échantillonnage). On indique aussi, à côté de chaque ST, le poisson hôte majoritaire et la fraction des isolats provenant de ce poisson (entre parenthèses). Les ST inclus dans notre analyse de génomes complets (Duchaud et al., 2018) sont écrits en gras suivi d'une astérisque. Lorsque plusieurs génomes sont inclus dans l'étude, leur nombre est indiqué entre crochets. Extraction des génotypes et des origines des souches réalisée depuis https://pubmlst.org/fpsychrophilum/ en mars 2018. © Inra, Pierre NICOLAS, Eric DUCHAUD

Contenu de la base de données MLST pour Flavobacterium psychrophilum (1097 isolats, 194 ST). On représente ici les relations entre les génotypes (Sequence Type, ST) telles que résumées dans un arbre de single-linkage clustering en utilisant comme distance entre paires de ST le nombre d'allèles qui les distinguent. La taille du cercle associé à chaque ST est proportionelle au nombre d'isolats et le découpage de ce cercle en cadrants reflète leurs provenances géographiques (ici les grandes régions du monde représentées dans l'échantillonnage). On indique aussi, à côté de chaque ST, le poisson hôte majoritaire et la fraction des isolats provenant de ce poisson (entre parenthèses). Les ST inclus dans notre analyse de génomes complets (Duchaud et al., 2018) sont écrits en gras suivi d'une astérisque. Lorsque plusieurs génomes sont inclus dans l'étude, leur nombre est indiqué entre crochets. Extraction des génotypes et des origines des souches réalisée depuis https://pubmlst.org/fpsychrophilum/ en mars 2018.

© Inra, Pierre NICOLAS, Eric DUCHAUD

  • Contexte et enjeux

En réponse à l’accroissement de la population mondiale et à la raréfaction des ressources sauvages, l’aquaculture connaît la croissance la plus rapide de tous les secteurs de la production alimentaire. Encore marginale dans les années 1970, on estime que sa production a dépassé celle de la pêche depuis quelques années (Source: World Bank- World Development Indicators). Le développement de ces systèmes de production s’accompagne d’importants défis sanitaires, dont la confrontation à des agents pathogènes différents de ceux des vertébrés terrestres et sur lesquels nos connaissances restent très limitées. L’élevage de la truite arc-en-ciel, un poisson d’origine nord-américaine, occupe une place importante dans la production française de poissons d’élevage et la bactérie Flavobacterium psychrophilum est l’un des principaux agents infectieux responsables de pertes dans ces piscicultures. Le contrôle de cette bactérie repose encore essentiellement sur l’utilisation récurrente d’antibiotiques. Une meilleure connaissance devrait permettre de mieux la combattre (prévention de la propagation, vaccination, thérapies innovantes).

  • Résultats

Une importante base de données MLST (Multi-Locus Sequence Typing) sur la structure de population de cette bactérie a été constituée et mise à disposition de la communauté scientifique et vétérinaire (https://pubmlst.org/fpsychrophilum/), notamment à travers 5 articles co-signés (Fujiwara-Nagata et al., 2013 ; Strepparava et al., 2013 ; Avendaño-Herrera et al., 2014 ; Nilsen et al., 2014 ; van Vliet et al., 2016) depuis notre publication initiale d’un schéma MLST pour Flavobacterium psychrophilum (Nicolas et al., 2008), qui faisait elle même suite à la publication du premier génome complet (Duchaud et al., 2007). Notre analyse comparative de nombreux génomes complets offre la première description de la diversité de Flavobacterium psychrophilum à large échelle (Duchaud et al., 2018). Nous avons en particulier précisé le rôle des recombinaisons dans l’évolution de cette espèce bactérienne grâce à l’utilisation de modèles de chaînes de Markov cachées pour délimiter finement les régions recombinées entre paires d’isolats d’un même complexe clonal. Le rapport r/m qui quantifie les contributions relatives des processus de recombinaison homologue et de mutation à la divergence nucléotide est ainsi estimé supérieur à 10, ce qui place Flavobacterium psychrophilum parmi les espèces les plus recombinogènes. Grâce à l’étude de la divergence entre des isolats collectés sur une période de 27 années nous avons calibré une horloge moléculaire. Cette analyse des divergences situe l’émergence du principal complexe clonal (ou groupe de souches) responsable des pertes dans les piscicultures de truites arc-en-ciel dans la seconde moitié du 19e siècle pour l’Amérique du Nord et au milieu du 20e siècle pour le reste du monde. La diversification et la dissémination de ce complexe clonal aurait ainsi été concomitante de l’expansion de l’élevage de la truite arc-en-ciel. Notre étude met aussi en évidence des facteurs de virulence et de résistances aux antibiotiques qui pourraient avoir contribué au succès évolutif de ce complexe clonal.

  • Perspectives

Les deux équipes (MaIAGE et VIM) continuent leur collaboration sur Flavobacterium psychrophilum, notamment (i) autour d’une analyse de l’architecture de son transcriptome qui transpose sur une bactérie non modèle d’intérêt agronomique des approches que nous avons initialement développées sur les bactéries Bacillus subtilis et Staphylococcus aureus et (ii) autour d’expériences d’évolution dirigée dans le cadre d’un projet ANR Jeune Chercheur porté par Tatiana Rochat (VIM), financé lors de l’appel à projet 2018.

  • Valorisation (des plus récentes aux plus anciennes) :

E. Duchaud, T. Rochat, C. Habib, P. Barbier, V. Loux, C. Guérin, I. Dalsgaard, L. Madsen, H. Nilsen, K. Sundell, T. Wiklund, N. Strepparava, T. Wahli, G. Caburlotto, A. Manfrin, G.D. Wiens, E. Fujiwara-Nagata, R. Avendaño-Herrera, J.-F. Bernardet, P. Nicolas (2018). Genomic Diversity and Evolution of the Fish Pathogen Flavobacterium psychrophilum. Front. Microb. 9 138. DOI: 10.3389/fmicb.2018.00138

D. van Vliet, G.D. Wiens, T.P. Loch, P. Nicolas, and M. Faisal. (2016) Genetic diversity of Flavobacterium psychrophilum isolated from three Oncorhynchus spp. in the U.S.A. revealed by multilocus sequence typing. Appl Environ Microbiol. 82. 3246-55. DOI: 10.1128/AEM.00411-16

H. Nilsen, K. Sundell, E. Duchaud, P. Nicolas, I. Dalsgaard, L. Madsen, A. Aspán, E. Jansson, D.J. Colquhoun, and T. Wiklund (2014) Multilocus sequence typing (MLST) identifies epidemic clones of Flavobacterium psychrophilum in Nordic countries. Appl. Environ. Microbiol. 80. 2728-36. DOI: 10.1128/AEM.04233-13

R. Avendaño-Herrera, A. Houel, R. Irgang, J.-F. Bernardet, M. Godoy, P. Nicolas, and E. Duchaud (2014) Introduction, expansion and coexistence of epidemic Flavobacterium psychrophilum lineages in Chilean fish farms. Veterinary Microbiology. 170. 298-306. DOI: 10.1016/j.vetmic.2014.02.009

N. Strepparava, P. Nicolas, T. Wahli, H. Segner and O. Petrini (2013) Molecular epidemiology of Flavobacterium psychrophilum from Swiss fish farms. Dis Aquat Organ. 105 203-210. DOI: 10.3354/dao02609

E. Fujiwara-Nagata, C. Chantry-Darmon, J.-F. Bernardet, M. Eguchi, E. Duchaud and P. Nicolas (2013) Population structure of the fish pathogen Flavobacterium psychrophilum at whole-country and model river levels in Japan. Veterinary Research 44. e34. DOI: 10.1186/1297-9716-44-34

P. Nicolas, S. Mondot, G. Achaz, C. Bouchenot, J.-F. Bernardet and E. Duchaud. (2008) Population structure of the fish-pathogenic bacterium Flavobacterium psychrophilum. Appl. Environ. Microbiol. 74. 3702-9 DOI: 10.1128/AEM.00244-08

E. Duchaud, M. Boussaha, V. Loux, J.-F. Bernardet, C. Michel, B. Kerouault, S. Mondot, P. Nicolas, R. Bossy, C. Caron, P. Bessiéres, J.-F. Gibrat, S. Claverol, F. Dumetz, M. Le Hénaff and A. Benmansour. (2007) Complete genome sequence of the fish pathogen Flavobacterium psychrophilum. Nature Biotechnology. 25. 763-9. DOI: 10.1038/nbt1313