De nombreuses personnes n'ont jamais entendu parler de la brucellose, mais les agriculteurs et les éleveurs aux États-Unis ont été contraints d'abattre des animaux dont le test de dépistage de la maladie était positif et des personnes infectées par le pathogène Brucella abortus (B. abortus) transmis par les animaux qui souffrent certainement de symptômes chroniques de type paludisme.
La brucellose est un problème de santé agricole et humaine à l'échelle mondiale. Il a été introduit il y a plus de 100 ans chez le bison et le wapiti du parc national de Yellowstone par du bétail et circule depuis parmi les troupeaux sauvages, entraînant des épidémies périodiques et une réinfection. Il n'y a pas de vaccin pour l'homme et les études expérimentales de B. abortus chez ses hôtes animaux naturels sont techniquement difficiles, extrêmement coûteuses et seules quelques installations sont capables de mener ces études.
Cela n'a pas empêché Sean Crosson, professeur à la MSU Rudolph Hugh Endowed et sa collègue Aretha Fiebig, chercheur au département de microbiologie et de génétique moléculaire de la MSU, d'apporter des outils de génomique sophistiqués du laboratoire au terrain pour mieux comprendre comment B .abortus infecte le bétail et aide à arrêter la propagation de cette maladie mortelle.
Les résultats de leur étude ont été publiés dans Proceedings of the National Academy of Sciences.
«B. abortus infecte principalement les bovins, provoquant l'avortement des vaches gestantes, mais l'infection est généralement étudiée sur des modèles murins, qui ne sont pas le véritable hôte de la bactérie», a expliqué Crosson, qui étudie la bactérie depuis plus de 14 ans. «Si vous voulez comprendre la biologie de l'infection sous-jacente à la maladie bovine, il est utile d'étudier les choses chez l'hôte naturel dans un contexte de terrain.»
Dans l'équivalent microbiologique du marquage des bovins, Crosson et Fiebig ont exploité la capacité de saut d'ADN spécialisé appelé transposons pour marquer des souches individuelles de B. abortus avec des codes-barres uniques. Cela leur a permis de compter le nombre de bactéries B. abortus qui sont entrées dans l’œil du bovin, une porte d'entrée de l’infection sur le terrain, vers les ganglions lymphatiques.
«En tant que biologistes moléculaires, nous pouvons exploiter le saut d'ADN en séparant l'enzyme qui lui permet de continuer à bouger», a dit Fiebig, qui se spécialise dans les mécanismes de régulation bactériens. «Nous avons temporairement donné à l'ADN la capacité de sauter dans le génome de B. abortus, mais il n'a pas réapparu.»
Les scientifiques ont mélangé des millions de bactéries E. coli portant des transposons avec des millions de B. abortus dans un bouillon contenant des acides aminés et des sucres, initiant un marquage de masse par un processus appelé conjugaison bactérienne où les transposons entrent et s'unissent au génome de B. abortus. Lorsque les cellules de E. coli restantes ont été lavées, elles ont été laissées avec des souches de B. abortus individuelles à code-barres.
«Nous avons pu créer un riche pool d'environ un million de souches avec des code-barres différents», a dit Fiebig. «Lorsque nous avons infecté le bétail, nous pouvions suivre presque chaque souche et demander: « Combien de souches ont été perdues, quelles souches avaient un avantage et cet avantage était-il pour une raison génétique ou simplement par hasard?»
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Brucella (ovales jaunes) peut infecter une vache par l’œil et se déplacer de là vers les ganglions lymphatiques, où ils se répliquent. Crédit Aretha Fiebig. |
Des millions de bactéries sont entrées, mais étonnamment peu sont sorties. Et tandis que l'identité génétique des souches qui l'ont traversé était aléatoire, le nombre de souches qui ont réussi à infecter des ganglions lymphatiques individuels était remarquablement similaire.
«Nous savions qu'il y avait une restriction, ou un goulot d'étranglement de l'infection, mais nous n'avions pas compris l'ampleur jusqu'à cette étude», a dit Fiebig.
Les résultats inattendus nécessitaient une analyse informatique non traditionnelle, c'est pourquoi Marianne Huebner, directrice du Center for Statistical Training and Consulting de la MSU, a fourni des conseils d'experts sur l'utilisation de modèles mathématiques pour évaluer les structures de population des bactéries qui ont survécu au goulot d'étranglement.
L'infection d'un hôte animal de grande taille par un agent pathogène sous réglementation fédérale a également présenté des défis méthodologiques importants. Les chercheurs se sont appuyés sur les vétérinaires hautement qualifiés et les installations de haute technologie du Centre national des maladies animales du Département de l'agriculture et de la recherche agricole des États-Unis (USDA-ARS) à Ames, Iowa, où les vaches de l'étude étaient hébergées et traitées.
L’étude difficile sur le terrain a porté ses fruits, fournissant un aperçu critique de la capacité de la barrière muqueuse de la vache à limiter B. abortus pendant l’infection.
«En fin de compte, nous avons acquis une compréhension quantitative d'un goulot d'étranglement de l'infection via une voie commune d'infection bovine sur le terrain», a dit Crosson. «Ces informations sont utiles pour les scientifiques qui étudient l'épidémiologie de la brucellose chez le bétail et la faune et peuvent nous aider à construire de meilleurs modèles de transmission alors que nous travaillons pour arrêter la propagation de cette maladie.»
Les preuves de l'article ont également ouvert de nouvelles portes à la découverte de gènes spécifiques de B. abortus impliqués dans la maladie dévastatrice.
«À l'avenir, nous comprenons mieux comment utiliser notre bibliothèque de mutants à code-barres sur des périodes plus longues chez un hôte en gestation pour trouver les gènes de B. abortus qui influencent les résultats les plus graves chez les bovins, y compris l'avortement», a dit Crosson. «C'est également un objectif de l'USDA-ARS: savoir quels gènes de B. abortus sont essentiels à l'infection chez l'hôte bovin.»
Les chercheurs ont souligné que le Collège de médecine vétérinaire de la MSU, le Collège des sciences naturelles et AgBioResearch du Collège de l’agriculture et des ressources naturelles ont joué un rôle déterminant dans le soutien de l’étude.
Image du haut : Une vache de deux ans s'occupe de son veau nouveau-né. La brucellose, qui infecte principalement les bovins, est un problème mondial pour l'agriculture et la santé humaine aux proportions endémiques. Crédit Centre national des maladies animales de l'USDA.
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