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Immunoecology of a rodent reservoir host of the Lyme disease pathogen: the bank vole – "Borrelia afzelii" model
Maison d'édition
Neuchâtel
Date de parution
2020
Résumé
La maladie de Lyme est la maladie à transmission vectorielle la plus répandue dans l'hémisphère nord. Les agents étiologiques de la maladie de Lyme sont les bactéries spirochètes du complexe d'espèces de <i>Borrelia burgdorferi</i> sensu lato. La biologie de <i>B. burgdorferi</i> est étroitement liée à la réponse immunitaire de son hôte. On a découvert que la réponse immunitaire de l'hôte joue un rôle essentiel dans la reconnaissance et le contrôle de <i>B. burgdorferi</i>. En réponse, <i>B. burgdorferi</i> a développé plusieurs stratégies pour faire face à la réponse, y compris l'immunosuppression et l'évasion immunitaire. Les hôtes réservoirs naturels présentent des différences nettes de phénotype d'infection par rapport aux modèles de laboratoire. Les rongeurs sauvages sont des organismes non modèles qui illustrent cette différence. Le campagnol des rives (<i>Myodes glareolus</i>) est un petit rongeur que l'on trouve couramment en Europe et l'un des hôtes réservoirs les plus importants de <i>B. burgdorferi</i> sl. L'objectif général de cette thèse était de tester différentes hypothèses sur l'écologie et l'immunologie d'un hôte réservoir pertinent sur le pathogène de la maladie de Lyme. Toutes les études de cette thèse ont utilisé le système européen de la maladie de Lyme: la bactérie spirochète <i>B. afzelii</i>, la tique <i>Ixodes ricinus</i> et le rongeur hôte <i>M. glareolus</i>.
Cette thèse est composée de trois chapitres qui étudient l'effet de trois mécanismes immunitaires différents sur la capacité de <i>B. afzelii</i> à établir une infection chez le rongeur hôte et à transmettre de l'hôte rongeur au vecteur tique. Dans le premier chapitre, nous avons étudié l'effet de la réponse immunitaire innée sur le pathogène en testant si la variation génétique (gène TLR2) à un récepteur immunitaire inné important chez les mammifères confère une résistance au pathogène chez les campagnols de banque. La sensibilité à l'infection par <i>B. afzelii</i> suite à une piqûre de tique infectée était très élevée (95%) et ne différait pas entre les génotypes TLR2. Par conséquent, nous n'avons pas trouvé que le polymorphisme TLR2 chez les campagnols de banque influencé la variation de la sensibilité à l'infection par <i>B. afzelii</i> dans les conditions de laboratoire. Dans le deuxième chapitre, nous avons cherché à comprendre les interactions entre le pathogène et le système immunitaire acquis chez le rongeur hôte en testant si <i>B. afzelii</i> pouvait inhiber le développement de l'immunité anti-tique acquise chez les campagnols de banque. L'immunité anti-tiques avait des effets négatifs sur les traits de forme physique des tiques. L'infection par <i>B. afzelii</i> n'a pas supprimé le développement de l'immunité acquise contre les tiques <i>I. ricinus</i>. Le développement de l'immunité anti-tiques était fortement corrélé à une baisse temporelle dramatique de l'abondance bactérienne dans les tissus de l'oreille de l'hôte et du succès de la transmission hôte-tique de <i>B. afzelii</i>. Notre étude suggère que le développement d'une immunité anti-tiques chez les campagnols de banque a des conséquences importantes sur la densité des tiques infectées et le risque de borréliose de Lyme. Enfin, dans le troisième chapitre, nous avons cherché à étudier l'effet de l'immunité passive transmise par les mères à leur progéniture sur le pathogène. Notre étude a montré que les anticorps maternels fournissent une protection spécifique à la souche contre <i>B. afzelii</i>, ce qui pourrait avoir des conséquences importantes pour l'épidémiologie des pathogènes à souches multiples dans la nature.<br>
<b>Abstract</b>
The Lyme disease is the most common vector-borne disease in the Northern Hemisphere. The etiological agents of Lyme disease are the spirochete bacteria of the species complex of <i>Borrelia burgdorferi</i> sensu lato. <i>B. burgdorferi</i>’s biology is closely linked to its host’s immune response. The host immune response has been found to play a critical role in the recognition and control of <i>B. burgdorferi</i>. In response, <i>B. burgdorferi</i> has evolved multiple strategies to cope the response including immune suppression and immune evasion. Natural reservoir hosts show clear differences in infection phenotype compared to laboratory models. Wild rodents are non-model organisms that are an example of this difference. The bank vole (<i>Myodes glareolus</i>) is a small rodent commonly found across Europe and one of the most important reservoir hosts of <i>B. burgdorferi</i> sl. The general aim of this dissertation was to test different hypotheses of the ecology and immunology of one relevant reservoir host on the Lyme disease pathogen. All the studies of this dissertation used the European Lyme disease system: the spirochete bacterium <i>B. afzelii</i>, the tick <i>Ixodes ricinus</i>, and the rodent host <i>M. glareolus</i>.
This dissertation is composed of three chapters that study the effect of three different immune mechanisms on the ability of <i>B. afzelii</i> to establish infection in the rodent host and to transmit from the rodent host to the tick vector. In the first chapter, we investigated the effect of innate immune response on the pathogen by testing whether genetic variation (TLR2 gene) at an important innate immune receptor in mammals confers resistance to the pathogen in bank voles. The susceptibility to infection with <i>B. afzelii</i> following an infected tick bite was very high (95%) and did not differ between TLR2 genotypes. Therefore, we did not find that the TLR2 polymorphism in bank voles influenced variation in the susceptibility to <i>B. afzelii</i> infection under the laboratory conditions. In the second chapter, we aimed to understand the interactions between the pathogen and the acquired immune system in the rodent host by testing whether <i>B. afzelii</i> could inhibit the development of acquired anti-tick immunity in bank voles. The anti-tick immunity had negative effects on tick fitness traits. Infection with <i>B. afzelii</i> did not suppress the development of acquired immunity against <i>I. ricinus</i> ticks. The development of anti-tick immunity was strongly correlated with a dramatic temporal decline in both the bacterial abundance in the host ear tissues and the host-tick transmission success of <i>B. afzelii</i>. Our study suggests that the development of anti-tick immunity in bank voles has important consequences for the density of infected ticks and the risk of Lyme borreliosis. Finally, in the third chapter, we aimed to investigate the effect of passive immunity transmitted by mothers to their offspring on the pathogen. Our study showed that maternal antibodies provide strain-specific protection against <i>B. afzelii</i>, which could mean important consequences for the epidemiology of multiple-strain pathogens in nature.
Cette thèse est composée de trois chapitres qui étudient l'effet de trois mécanismes immunitaires différents sur la capacité de <i>B. afzelii</i> à établir une infection chez le rongeur hôte et à transmettre de l'hôte rongeur au vecteur tique. Dans le premier chapitre, nous avons étudié l'effet de la réponse immunitaire innée sur le pathogène en testant si la variation génétique (gène TLR2) à un récepteur immunitaire inné important chez les mammifères confère une résistance au pathogène chez les campagnols de banque. La sensibilité à l'infection par <i>B. afzelii</i> suite à une piqûre de tique infectée était très élevée (95%) et ne différait pas entre les génotypes TLR2. Par conséquent, nous n'avons pas trouvé que le polymorphisme TLR2 chez les campagnols de banque influencé la variation de la sensibilité à l'infection par <i>B. afzelii</i> dans les conditions de laboratoire. Dans le deuxième chapitre, nous avons cherché à comprendre les interactions entre le pathogène et le système immunitaire acquis chez le rongeur hôte en testant si <i>B. afzelii</i> pouvait inhiber le développement de l'immunité anti-tique acquise chez les campagnols de banque. L'immunité anti-tiques avait des effets négatifs sur les traits de forme physique des tiques. L'infection par <i>B. afzelii</i> n'a pas supprimé le développement de l'immunité acquise contre les tiques <i>I. ricinus</i>. Le développement de l'immunité anti-tiques était fortement corrélé à une baisse temporelle dramatique de l'abondance bactérienne dans les tissus de l'oreille de l'hôte et du succès de la transmission hôte-tique de <i>B. afzelii</i>. Notre étude suggère que le développement d'une immunité anti-tiques chez les campagnols de banque a des conséquences importantes sur la densité des tiques infectées et le risque de borréliose de Lyme. Enfin, dans le troisième chapitre, nous avons cherché à étudier l'effet de l'immunité passive transmise par les mères à leur progéniture sur le pathogène. Notre étude a montré que les anticorps maternels fournissent une protection spécifique à la souche contre <i>B. afzelii</i>, ce qui pourrait avoir des conséquences importantes pour l'épidémiologie des pathogènes à souches multiples dans la nature.<br>
<b>Abstract</b>
The Lyme disease is the most common vector-borne disease in the Northern Hemisphere. The etiological agents of Lyme disease are the spirochete bacteria of the species complex of <i>Borrelia burgdorferi</i> sensu lato. <i>B. burgdorferi</i>’s biology is closely linked to its host’s immune response. The host immune response has been found to play a critical role in the recognition and control of <i>B. burgdorferi</i>. In response, <i>B. burgdorferi</i> has evolved multiple strategies to cope the response including immune suppression and immune evasion. Natural reservoir hosts show clear differences in infection phenotype compared to laboratory models. Wild rodents are non-model organisms that are an example of this difference. The bank vole (<i>Myodes glareolus</i>) is a small rodent commonly found across Europe and one of the most important reservoir hosts of <i>B. burgdorferi</i> sl. The general aim of this dissertation was to test different hypotheses of the ecology and immunology of one relevant reservoir host on the Lyme disease pathogen. All the studies of this dissertation used the European Lyme disease system: the spirochete bacterium <i>B. afzelii</i>, the tick <i>Ixodes ricinus</i>, and the rodent host <i>M. glareolus</i>.
This dissertation is composed of three chapters that study the effect of three different immune mechanisms on the ability of <i>B. afzelii</i> to establish infection in the rodent host and to transmit from the rodent host to the tick vector. In the first chapter, we investigated the effect of innate immune response on the pathogen by testing whether genetic variation (TLR2 gene) at an important innate immune receptor in mammals confers resistance to the pathogen in bank voles. The susceptibility to infection with <i>B. afzelii</i> following an infected tick bite was very high (95%) and did not differ between TLR2 genotypes. Therefore, we did not find that the TLR2 polymorphism in bank voles influenced variation in the susceptibility to <i>B. afzelii</i> infection under the laboratory conditions. In the second chapter, we aimed to understand the interactions between the pathogen and the acquired immune system in the rodent host by testing whether <i>B. afzelii</i> could inhibit the development of acquired anti-tick immunity in bank voles. The anti-tick immunity had negative effects on tick fitness traits. Infection with <i>B. afzelii</i> did not suppress the development of acquired immunity against <i>I. ricinus</i> ticks. The development of anti-tick immunity was strongly correlated with a dramatic temporal decline in both the bacterial abundance in the host ear tissues and the host-tick transmission success of <i>B. afzelii</i>. Our study suggests that the development of anti-tick immunity in bank voles has important consequences for the density of infected ticks and the risk of Lyme borreliosis. Finally, in the third chapter, we aimed to investigate the effect of passive immunity transmitted by mothers to their offspring on the pathogen. Our study showed that maternal antibodies provide strain-specific protection against <i>B. afzelii</i>, which could mean important consequences for the epidemiology of multiple-strain pathogens in nature.
Notes
Doctorat, Université de Neuchâtel, Institut de biologie
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Type de publication
doctoral thesis
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