Contribution à l'étude du dinoflagellé ciguatérigène Gambierdiscus : caractérisation de marqueurs moléculaires de toxicité ; détection au moyen du test de cytotoxicité cellulaire

Etudiant : Ralph Pawlowiez - Université de la Polynésie française (UPF)
Durée prévue : juillet 2009 à décembre 2012
Co-directeurs de thèse : Pr Marcel LEPENNEC (UPF) et Dr Yannick GUEGUEN (IFREMER)
Co-encadrants : Drs Mireille CHINAIN et Taiana DARIUS (ILM - Laboratoire de recherche sur les micro-algues toxiques)

Programme des travaux
Deux thématiques de recherche sont envisagées, l’une fondamentale qui aborde les mécanismes complexes de la toxinogenèse chez le dinoflagellé ciguatérigène Gambierdiscus et, l’autre, plus appliquée, qui vise à doter le laboratoire d’un test de détection in vitro polyvalent, apte à assurer le suivi en routine des biotoxines marines potentiellement liées à l’émergence de syndromes d’intoxication inédits en Polynésie.

• Volet 1 - Caractérisation de marqueurs moléculaires de toxicité chez Gambierdiscus. Application à la détection in natura et en temps réel des lignées toxiques de la micro-algue

Le suivi des populations de Gambierdiscus au niveau de leur distribution géographique, leur abondance et leur niveau de dangerosité, constitue un aspect-clé de toutes les campagnes d’évaluation du risque ciguatérique associé à une aire de pêche donnée. Or, toutes les études réalisées jusqu’à présent soulignent la variabilité et l'imprévisibilité de la production de toxines chez ce dinoflagellé, qui font qu’à tout moment une efflorescence à Gambierdiscus peut être dangereuse et doit être considérée comme suspecte.

La variabilité inter- et intraspécifique de la production en toxines chez Gambierdiscus, également observée chez d’autres dinoflagellés et cyanobactéries marines, témoigne de l’extrême complexité des mécanismes régissant la toxinogenèse chez ces micro-organismes progéniteurs de toxines. A ce jour, les voies de biosynthèse des ciguatoxines (CTXs) restent encore mal connues. Toutefois, bon nombre d’auteurs avancent l’hypothèse d’un déterminisme génétique. En d’autres termes, la toxicité chez Gambierdiscus pourrait être le fait de gènes ou de familles de gènes qui, une fois mutés, rendraient impossible la synthèse de ces métabolites toxiques. De par leur structure, les ciguatoxines, molécules polyéthers polycycliques issues du métabolisme secondaire de Gambierdiscus, sont souvent assimilées à la grande famille des polykétides (PKs). Les enzymes impliqués dans la synthèse de ces PKs sont désignés sous le terme générique de Polyketide Synthase (PKS). Particulièrement bien décrits chez les bactéries et les champignons, ils demeurent relativement peu étudiés chez les dinoflagellés. En pratique, les séquences des gènes PKS seront comparées chez des lignées toxiques versus atoxiques de Gambierdiscus disponibles dans l’algothèque de l’ILM.

Une autre approche plus globale, pour tenter de discriminer in natura les lignées toxiques de celles atoxiques, consistera en l’analyse protéomique d’extraits cellulaires de différentes lignées de Gambierdiscus (souches toxiques versus atoxiques) au moyen de techniques d’électrophorèse en deux dimensions (2-DE). Cette méthode a été récemment appliquée avec succès aux dinoflagellés responsables des intoxications de type Paralytic Shellfish Poisoning.

Ces deux approches, spécifique et globale, seront successivement explorées chez Gambierdiscus.

• Volet 2 – Implantation du test de cytotoxicité cellulaire au laboratoire, test de détection polyvalent pour la surveillance en routine de produits marins susceptibles d’être contaminés par des biotoxines marines

Dans le cadre de ses recherches sur la ciguatéra, l’ILM a expérimenté successivement plusieurs méthodes de détection des CTXs : test de toxicité aiguë sur souris ainsi que divers tests basés sur des procédés physico-chimiques (HPLC), pharmacologiques (test de radio-ligand) ou immunologiques (production d’anticorps anti-CTXs).

Aujourd’hui, seul le test de radio-ligand (RBA) est utilisé en routine et à grande échelle, dans le cadre de toutes les campagnes d’évaluation du risque ciguatérique menées dans les lagons de Polynésie. Particulièrement bien adapté à la détection des CTXs dans des matrices biologiques complexes et variées, il présente également une sensibilité élevée (limite de détection de l’ordre de 10-10 M), autorise l’emploi d’extraits bruts ou partiellement purifiés et apparaît économiquement plus viable que le test souris car facilement automatisable pour permettre une grande capacité de traitement.

Toutefois, face à la recrudescence des intoxications liées à la consommation de produits de la mer et à la diversité des syndromes observés, bon nombre de laboratoires préfèrent aujourd’hui opter pour le test de cytotoxicité cellulaire qui offre sensiblement les mêmes avantages que le RBA, avec toutefois une sensibilité accrue (limite de détection de l’ordre de 10-12 M) et une plus grande polyvalence vis-à-vis des biotoxines marines susceptibles de contaminer la chaîne alimentaire. En effet, son aptitude à détecter un large spectre de toxines tels que les ciguatoxines, les saxitoxines, les brévétoxines, les palytoxines, les pecténotoxines, l’acide okadaïque, ou encore les dinophysitoxines en fait un excellent candidat pour le test de référence attendu sur le plan international.

Ce constat a motivé notre regain d’intérêt pour ce test, d’autant qu’il constitue une bonne alternative au test souris au niveau de l’évaluation globale de la toxicité de différentes catégories d’échantillons marins (e.g. bénitiers de Raivavae, oursins de Rurutu) à l’origine de l’émergence de syndromes d’intoxication inédits en Polynésie.

Ce second volet de recherche consistera en l’implantation de ce test in vitro, au laboratoire, en utilisant comme molécules-modèles, les standards de CTXs pures de la banque de toxines de l’ILM, pour la calibration et l’optimisation de ce test.

Epidémiologie moléculaire, évolution et diversité génétique intra-hôte du virus de la dengue dans les Etats insulaires du Pacifique sud

Etudiant : Maite AUBRY - Université de la Polynésie française (UPF)
Durée prévue : 2009-2011
Directeur de thèse : Pr Marcel LEPENNEC (UPF) et Pr John AASKOV (School of life sciences, Queensland university of technology, Brisbane, Australie)
Co-encadrant : Dr Van Mai CAO LORMEAU (Laboratoire de recherche en virologie médicale)

Programme des travaux

Ce projet de thèse comporte 2 volets :

Epidémiologie moléculaire et évolution du virus de la dengue dans le Pacifique Sud
L’histoire aussi bien passée que contemporaine de la dengue dans le Pacifique sud (Polynésie française, Iles Cook, Samoa, Tonga, Fidji, Wallis et Futuna, Nouvelle Calédonie, Vanuatu) montre la nécessité d’y coordonner aussi bien les activités de surveillance que de recherche. Les contextes géographique et sociologique qu’elles partagent (insularité, climat, présence de vecteurs endémiques, faibles flux de population…) font de l’épidémiologie de la dengue dans ces îles une exception parmi les autres régions du monde où circule le virus. De plus, la multiplication des échanges commerciaux avec ces régions et entre les îles s’est montrée particulièrement propice à l’émergence d’épidémies de dengue en cascade. Au cours du second semestre de l’année 2008, la région Pacifique Sud a vu la transmission de la dengue de sérotype 4 (DEN4) s’étendre d’un état insulaire à l’autre: après l’épidémie de Nouvelle-Calédonie et des cas détectés à Wallis et Futuna, la Polynésie française a été à son tour le siège d’une épidémie de DEN4 à partir du mois de mars 2009, soit plus de 20 ans après le dernier cas de DEN4 précédemment détecté sur le territoire.

L’objectif de ce volet de la thèse est de caractériser l’évolution génétique des souches virales de dengue dans les îles du Pacifique Sud (sources d’introduction, dérive génétique, événements de recombinaisons), en l’associant à différents facteurs: temporels, géographiques, écobiologiques (climat, vecteurs), épidémiologiques (période épidémique / inter-épidémique), cliniques… Cette étude contribuera à identifier les événements et les facteurs qui caractérisent l’épidémiologie de la dengue dans la région.

Diversité génétique intra-hôte du virus de la dengue chez l’homme
Parce que le génome du virus de la dengue est un ARN, et que l’ARN polymérase virale commet des erreurs à chaque cycle de réplication, des mutations apparaissent chez les virions produits. Ainsi, chez l’homme comme chez le moustique, l’infection est le fait d’une population de virus présentant des séquences génomiques différentes mais très proches que l’on nomme communément les quasi-espèces. Au cours de l’infection chez l’homme, la population virale va être soumise à plusieurs contraintes: séquence de l’infection, tropisme cellulaire du virus, historique d’infection (immunité mémoire), facteurs génétiques. Ces contraintes, probablement différentes selon le contexte (situation géographique, espèces vectorielles, situation épidémiologique,…) vont exercer des pressions de sélection variables sur le génome viral. En outre, bien qu’à l’échelle de l’individu la fréquence des mutations dîtes non-synonymes soit élevée, elle reste contenue à l’échelle des populations. L’évolution génétique globale est limitée par l’existence d’une forte pression de sélection négative ou purifying selection, résultant de la combinaison des contraintes inhérentes à chacune des deux espèce-hôtes, homme / moustique.

L’objectif du second volet de la thèse est d’identifier les mécanismes (facteurs et régions génomiques virales impliquées) et l’impact (sur la dérive génétique, le potentiel épidémique, la clinique de l’infection…) du jeu des pressions de sélection auquel est soumis le virus au cours de l’infection chez l’homme. Il s’agit entre autres d’étudier la diversité génétique virale en fonction du caractère plus ou moins sévère de l’infection chez l’homme.