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Etude des populations de Plasmodium falciparumen Afrique inter-tropicale et implications pour la lutte antipaludique, la surveillance et le contrôle des résistances - Conférence de la 7e édition du Cours international « Atelier Paludisme » - BOGREAU Hervé - France - [email protected]
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IMTSSA—URBEP, « le PHARO » [email protected]
Institut Pasteur de MadagascarAtelier paludisme Mars 2009
Etude des populations de Plasmodium falciparum en Afrique inter-tropicale et implications pour la lutte antipaludique, la
surveillance et le contrôle des résistances
Hervé Bogreau
PlanIntroductionEtude n°1: Structuration et diversité des populations plasmodiales
Structure à l’échelle du continent Transmission, diversité génétique et urbanisation
Etude n°2: Origine d’une épidémie en zone urbaine Prévalence des gènes de résistance Distribution et dynamique des populations plasmodiales
Etude n°3: Effets d’une diminution expérimentale de la transmission Impact sur la diversité et multiplicité des infections Prévalence des gènes de résistance
35%populationMondiale
Plasmodium falciparum
1 Million de Morts par an
Plasmodium falciparum 35%populationMondiale
90% des cas Enfants Africains
Définition de la résistance:
Aptitude d’une souche du parasite dupaludisme à survivre ou à se reproduiremalgré l’administration et l’absorption d’unmédicament employé à des doses égales ousupérieures aux doses recommandées maiscomprises dans les limites de la tolérance dusujet.
Le test in vivo est la méthode de référence
Définition de la résistance:
Aptitude d’une souche du parasite dupaludisme à survivre ou à se reproduiremalgré l’administration et l’absorption d’unmédicament employé à des doses égales ousupérieures aux doses recommandées maiscomprises dans les limites de la tolérance dusujet.
Le test in vivo est la méthode de référencetest in vitroépidémiologie moléculaire
Résistancein vitro
VirulenceDangerosité
ParasitesMarqueurs de résistance
Antipaludiques
HôteTransmissionMalnutritionObservance
VIH
Environnement
Immunité
Drépanocytose (Miller 1976)Hb C (Agarwal 2000, Modiano 2001)Thalassemias (Miller 1976)G6P D(Ruwende 1995)
HLA (Hill 1991)
Résistancein vivo Pharmacocinétique
BiodisponibilitéCQ (Wellems 2001)
Proguanil (Watkins 1990)
pfcrt
dhfr
dhps
Résistancein vitro
VirulenceDangerosité
ParasitesMarqueurs de résistance
Antipaludiques
HôteEnvironnement
Immunité
HLA (Hill 1991)
Résistancein vivo Pharmacocinétique
BiodisponibilitéCQ (Wellems 2001)
Proguanil (Watkins 1990)
pfcrt
dhfr
dhps
TransmissionMalnutritionObservance
VIH
Drépanocytose (Miller 1976)Hb C (Agarwal 2000, Modiano 2001)Thalassemias (Miller 1976)G6P D(Ruwende 1995)
Résistancein vitro
VirulenceDangerosité
ParasitesMarqueurs de résistance
Antipaludiques
HôteEnvironnement
Immunité
HLA (Hill 1991)
Résistancein vivo Pharmacocinétique
BiodisponibilitéCQ (Wellems 2001)
Proguanil (Watkins 1990)
pfcrt
dhfr
dhps
TransmissionMalnutritionObservance
VIH
Drépanocytose (Miller 1976)Hb C (Agarwal 2000, Modiano 2001)Thalassemias (Miller 1976)G6P D(Ruwende 1995)
Quelques définitions en génétique
ADN parasitaire
Locus emplacement physique sur le chromosome 1 gène
Unité fonctionnellePermettant
l’expression d’un caractère
Allèles Différentes formes de l’ADN à un locus donné
Quelques définitions en génétique
ADN parasitaire
Locus emplacement physique sur le chromosome 1 gène
Unité fonctionnellePermettant
l’expression d’un caractère
Allèles Différentes formes de l’ADN à un locus donné
Allèle associé à la résistance
Marqeur de résistance
Résistancein vitro
VirulenceDangerosité
ParasitesMarqueurs de résistance
Antipaludiques
HôteEnvironnement
Immunité
HLA (Hill 1991)
Résistancein vivo Pharmacocinétique
BiodisponibilitéCQ (Wellems 2001)
Proguanil (Watkins 1990)
pfcrt
dhfr
dhps
TransmissionMalnutritionObservance
VIH
Drépanocytose (Miller 1976)Hb C (Agarwal 2000, Modiano 2001)Thalassemias (Miller 1976)G6P D(Ruwende 1995)
1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1985 1990 1995 2000
Utilisation Chloroquine
1980
(Hyde 2005)
Emergence des résistances aux antipaludiques varie dans le temps et dans l’espace
Apparition des résistances
Utilisation d’antipaludique
1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1985 1990 1995 2000
Utilisation Chloroquine
RésistanceAsie
Amérique Sud
1980
(Hyde 2005)
Emergence des résistances aux antipaludiques varie dans le temps et dans l’espace
15 ans
Apparition des résistances
Utilisation d’antipaludique
1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1985 1990 1995 2000
Utilisation Chloroquine
RésistanceAsie
Amérique Sud
Résistance Afrique
1980
(Hyde 2005)
Emergence des résistances aux antipaludiques varie dans le temps et dans l’espace
15 ans
Apparition des résistances
Utilisation d’antipaludique
+30 ans
Résistance de P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991
IMPORTATION DES PARASITES RESISTANTS
ORIGINAIRES D’ASIE
1978
Résistance de P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991
IMPORTATION DES PARASITES RESISTANTS
ORIGINAIRES D’ASIE
1981
Résistance de P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991
1982
Résistance de P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991
1983
Résistance de P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991
1984
Résistance de P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991
1985
Résistance de P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991
1986
Résistance de P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991
1987
Résistance de P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991
1988
Résistance de P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991
1989
Kenya Tanzanie Uganda
RwandaMalawi
Burundi
Mozanbique
Angola
Zaïre
NamibieCamerounGabon
Sénégal-Gambie
Côte d'IvoireBénin
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988
Année d'apparition de la résistance à la Chloroquine
Dis
tanc
e en
km
Résistance de P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991
D’après Schapira 1990
1989
Kenya Tanzanie Uganda
RwandaMalawi
Burundi
Mozanbique
Angola
Zaïre
NamibieCamerounGabon
Sénégal-Gambie
Côte d'IvoireBénin
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988
Année d'apparition de la résistance à la Chloroquine
Dis
tanc
e en
km
Résistance de P. falciparum
Chloroquine
1) Variation dans le temps
2) Variation dans l’espace
PropagationD’après Schapira 1990
1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1985 1990 1995 2000
Utilisation Chloroquine
RésistanceAsie
Amérique Sud
Résistance Afrique
1980
Amodiaquine(Hyde 2005)
Emergence des résistances aux antipaludiques varie dans le temps et dans l’espace
15 ans
Apparition des résistances
Utilisation d’antipaludique
+30 ans
1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1985 1990 1995 2000
Utilisation Chloroquine
RésistanceAsie
Amérique Sud
Résistance Afrique
1980
RésistanceAsie
RésistanceAfrique de l’Est
Amodiaquine(Hyde 2005)
Emergence des résistances aux antipaludiques varie dans le temps et dans l’espace
15 ans
10 ans
Apparition des résistances
Utilisation d’antipaludique
+30 ans
30 ans
1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1985 1990 1995 2000
Utilisation Chloroquine
RésistanceAsie
Amérique Sud
Résistance Quinine
Résistance Afrique
1980
Méfloquine
RésistanceAsie
RésistanceAfrique de l’Est
Amodiaquine(Hyde 2005)
Emergence des résistances aux antipaludiques varie dans le temps et dans l’espace
RésistanceRésistancePyr-SDX15 ans
10 ans
7 ans
Apparition des résistances
Utilisation d’antipaludique
30 ans
+30 ans
2005
Kenya Tanzanie Uganda
RwandaMalawi
Burundi
Mozanbique
Angola
Zaïre
NamibieCamerounGabon
Sénégal-Gambie
Côte d'IvoireBénin
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988
Année d'apparition de la résistance à la Chloroquine
Dis
tanc
e en
km
Sulfadoxine-pyriméthamine
Résistance de P. falciparum
Chloroquine
Méfloquine
1) Variation dans le temps
2) Variation dans l’espace
PropagationD’après Schapira 1990
1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1985 1990 1995 2000
Utilisation Chloroquine
RésistanceAsie
Amérique Sud
Résistance Quinine
Résistance Afrique
1980
Méfloquine
RésistanceAsie
RésistanceAfrique de l’Est
Amodiaquine(Hyde 2005)
Emergence des résistances aux antipaludiques varie dans le temps et dans l’espace
RésistanceRésistancePyr-SDX15 ans
10 ans
7 ans
Apparition des résistances
Utilisation d’antipaludique
30 ans
1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1985 1990 1995 2000
Utilisation Chloroquine
RésistanceAsie
Amérique Sud
Résistance Quinine
Résistance Afrique
1980
Méfloquine
RésistanceAsie
RésistanceAfrique de l’Est
Amodiaquine(Hyde 2005)
Emergence des résistances aux antipaludiques varie dans le temps et dans l’espace
RésistanceRésistancePyr-SDX
AssociationDérivésArtémésinine(ACT)
15 ans
10 ans
7 ans
Apparition des résistances
Utilisation d’antipaludique
30 ans
Foyer de paludisme
Population plasmodiale
Population vectorielle
Population humaine
Transmission
Foyer de paludisme
Population plasmodiale
Population vectorielle
Population humaine
Transmission
Définition : Transmission Palustre
Nombre de piqûres infectantes /pers / an
Une mesure du contact homme--parasite
Stratégies
Population plasmodiale
Population vectorielle
Population humaine
Transmission
Polychimiothérapie (ACT) limite :- Emergence des souches résistantes- Transmission aux anophèles
Lutte anti-vectorielle limite :- Transmission de P. falciparum- Recours aux soins & pression de sélection- Diffusion des souches résistantes
Quelle efficacité ?
Population plasmodiale
Population vectorielle
Population humaine
Transmission??
Prévalencedes gènes de
résistance
TRANSMISSION
HOMME VECTEUR
?
+ -
Prévalencedes gènes de
résistance
TRANSMISSION
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pressionmédicamenteuse
Prévalencedes gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pressionmédicamenteuse
Immunité
TRANSMISSION
Prévalencedes gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pressionmédicamenteuse
Immunité
TRANSMISSION
Associationde gènes
CYCLE BIOLOGIQUE DE PLASMODIUM FALCIPARUM
Jeune trophozoïte
Trophozoïte
ShizonteMérozoïtes
≈X 10 000Mérozoïtes
Microgamètes
Macrogamètes
zygote
Ookinète
≈15 à 30 oocystes
SporozoïtesGlandes salivaires
≈ 10 à 20 sporozoïtes
≈ 800 à 1000sporozoïtes
Gamétocyte Gamétocyte
Recombinaisons
2 à 3jMultiplication Clonale X20/cycle
30mn
Schizontes
5 à 7 j
Gamétocytes
≈10 000
PhaseHépatique
PhaseErythrocytaire
Sporogonie
CYCLE BIOLOGIQUE DE PLASMODIUM FALCIPARUM
Jeune trophozoïte
Trophozoïte
ShizonteMérozoïtes
≈X 10 000Mérozoïtes
Microgamètes
Macrogamètes
zygote
Ookinète
≈15 à 30 oocystes
SporozoïtesGlandes salivaires
≈ 10 à 20 sporozoïtes
≈ 800 à 1000sporozoïtes
Gamétocyte Gamétocyte
Recombinaisons
2 à 3jMultiplication Clonale X20/cycle
30mn
Schizontes
5 à 7 j
Gamétocytes
≈10 000
PhaseHépatique
PhaseErythrocytaire
Sporogonie
Chez le vecteur
reproduction sexuéemélange de l’ADN des
parasites
Chez l’homme
Reproduction asexuéeMultiplication clonale des parasites
Prévalencedes gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pressionmédicamenteuse
Immunité
TRANSMISSION
Associationde gènes
Prévalencedes gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pressionmédicamenteuse
Immunité
TRANSMISSION
Allogamie
Recombinaisongénétique
Associationde gènes
Prévalencedes gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pressionmédicamenteuse
Immunité
TRANSMISSION
Allogamie
Recombinaisongénétique
Associationde gènes
Prévalence
Prévalencedes gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pressionmédicamenteuse
Immunité
TRANSMISSION
Allogamie
Recombinaisongénétique
Associationde gènes
Prévalence
Autre foyerde
paludisme
Fluxde gènes
Prévalencedes gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pressionmédicamenteuse
Immunité
TRANSMISSION
Allogamie
Recombinaisongénétique
Associationde gènes
Prévalence
Autre foyerde
paludisme
Fluxde gènes
Prévalencedes gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pressionmédicamenteuse
Immunité
TRANSMISSION
Allogamie
Recombinaisongénétique
Associationde gènes
Prévalence
Autre foyerde
paludisme
Interventions
Fluxde gènes
Prévalencedes gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pressionmédicamenteuse
Immunité
TRANSMISSION
Allogamie
Recombinaisongénétique
Associationde gènes
Prévalence
Autre foyerde
paludisme
Interventions
Fluxde gènes
Contaminations
Prévalencedes gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pressionmédicamenteuse
Immunité
TRANSMISSION
Allogamie
Recombinaisongénétique
Associationde gènes
Prévalence
Autre foyerde
paludisme
Interventions
Fluxde gènes
Contaminations
Interpréter les observations
Comment sont distribuées les populations plasmodiales ?Quels échanges entre ces populations?
Effet de l’intervention locale ?
Contamination par les zones sans intervention ?
Surveillance
La structure des populations plasmodiales ?
Structure et surveillance des populations plasmodiales
1 population homogène pas de structuration
Sitesentinelle
Structure et surveillance des populations plasmodiales
1 site sentinelle pour la de surveillance
Sitesentinelle
Structure et surveillance des populations plasmodiales
Plusieurs populations qui évoluent différemment
Sitesentinelle
1 site pour surveiller chaque population
Structure et surveillance des populations plasmodiales
Sitesentinelle
Structure et surveillance des populations plasmodiales
Sitesentinelle
Structure et surveillance des populations plasmodiales
Niveau de StructurationDétermine le maillage de la
surveillance
Structure et surveillance des populations plasmodiales
Sitesentinelle
Structure et surveillance des populations plasmodiales
les flux entres populations déterminent la fréquence des observations
Mesure de la structure des populations plasmodiales
Population A Population B
Marqueurs sous pression de sélection(Médicaments, immunité… modifications environnementales)
Sensible Résistant
Marqueurs sélectivement neutres
Marqueurs de résistance ou marqueurs neutres ?
Population A Population B
Marqueurs sous pression de sélection(Médicaments, immunité… modifications environnementales)
Sensible Résistant
Marqueurs sélectivement neutres
Parasite
Marqueurs de résistance ou marqueurs neutres ?
Population A Population B
Flux de gènes
Migrations
Marqueurs de résistance ou marqueurs neutres ?
Population A Population B
Reproduction sexuée & Recombinaison génétique
Marqueurs de résistance ou marqueurs neutres ?
Population A Population B
Élimination des P. falciparum avec l’allèle sensible & Sélection
des résistants (pression médicamenteuse…)
Marqueurs de résistance ou marqueurs neutres ?
Population A Population B
Élimination des P. falciparum avec l’allèle sensible & Sélection
des résistants (pression médicamenteuse…)
Marqueurs de résistance ou marqueurs neutres ?
Population A Population B
Conclusions différentes selon le marqueur observé
Marqueur sous pression de sélection
Population A : ≠ Population B :
Marqueur sélectivement neutresPopulation A : = Population B :
Étude biaisée de la structure des populations avec des gènes soumis à pression de sélection ( médicamenteuse, immune)
Flux de gènes simulés ou masqués par la sélection
Etudes avec des marqueurs (supposés) sélectivement neutres(Anderson et al. 2000 Mol. Biol. Evol.)
Microsatellites
A T C G T T A A T A A T A A T A A T A A A G T C A GT A G C A A T T A T T A T T A T T A T T T C A G T C
Régions flanquantes constantes
1 6 nucleotides par unité de répétition (TAA)n, (CA)n, (TA)n
Séquences ADN répétées en tandem
Microsatellites
A T C G T T A A T A A T A A T A A T A A A G T C A GT A G C A A T T A T T A T T A T T A T T T C A G T C
Régions flanquantes constantes
1 6 nucleotides par unité de répétition (TAA)n, (CA)n, (TA)n
Séquences ADN répétées en tandem
Microsatellites
X 13
X 23
X 9
La taille des microsatellites varie par leur nombre d’unités de répétition en tandem
Polymorphisme de taille
Microsatellites
Temps de migration = f(taille de l’allèle)
A BÉlectrophorèse
PCR - amorce marquée fluorescente
X 13
X 23
A
B
Structure des populations de P. falciparum avec marqueurs microsatellites : résultats incohérents
Populations homogènes
(Afrique centrale, Anderson, 2000)
Zimbabwe
R.D.C.
Ouganda
Dissimilitude Villages—Ville
(Soudan Abdel-Muhsin, 2002)
Populations homogènes
(Afrique centrale, Anderson, 2000)
Zimbabwe
SoudanKhartoum vs. villages
R.D.C.
Ouganda
Structure des populations de P. falciparum avec marqueurs microsatellites : résultats incohérents
Dissimilitude Villages—Ville
(Soudan Abdel-Muhsin, 2002)
Populations homogènes
(Afrique centrale, Anderson, 2000)
Zimbabwe
SoudanKhartoum vs. villages
R.D.C.
Ouganda
Déséquilibre de liaisonEquilibre de liaison
Structure des populations de P. falciparum avec marqueurs microsatellites : résultats incohérents
Déséquilibre de Liaison génétique
Locus A
Locus B
1 population
Déséquilibre de Liaison génétique
Locus A
Locus B
Association aléatoire des allèles
Équilibre de liaison génétique
1 population
Déséquilibre de Liaison génétique
Locus A
Locus B
1 population
Association aléatoire des allèles
Équilibre de liaison génétique
Déséquilibre de Liaison génétique
Locus A
Locus B
1 population 2 populations
Association aléatoire des allèles
Équilibre de liaison génétique
Déséquilibre de Liaison génétique
Locus A
Locus B
1 population 2 populations
Association non aléatoire des allèles
Déséquilibre de liaison génétique
Association aléatoire des allèles
Équilibre de liaison génétique
Déséquilibre de Liaison génétique
Déséquilibre = proport. [ ] observée – proport.[ ] attendue si 1seule Liaison génétique population
Locus A
Locus B
1 population 2 populations
Populations homogènes
(Afrique centrale, Anderson, 2000)
Dissimilitude Villages—Ville
(Soudan Abdel-Muhsin, 2002)
Déséquilibre de liaison en zones de
fortes et faible transmission (Leclerc,
2002; Durand 2003)
Zimbabwe
SoudanKhartoum vs. villages
R.D.C.
Ouganda
Dakar
Déséquilibre de liaisonEquilibre de liaison
Congo
Structure des populations de P. falciparum avec marqueurs microsatellites : résultats incohérents
Données microsatellites contradictoires
- Populations P. falciparum non structurées
- Déséquilibre de liaison génétique
Microsatellites neutres ?
Ajout ou délétion de 3 trois nucléotides ne modifient pas le cadre de lecture
Choix de nouveaux marqueurs microsatellites
P. falciparum : 900 Microsatellites
Microsatellite tous les 2-3kb, uniformément sur l’ensemble du génome
Microsatellites complexes
(AAT) Unité répét. 1
(ATTTAT) Unité répét. 2 (mini/microsatellite)
(AT) Unité répét. 3
Région Adjacente
avec unités de répétition autres que tri-nucléotidiques
Sélection de 60 microsatellites
1) Microsatellites complexes, non basés sur répétitions tri-nucléotidiques2) Taille comprise entre 50 et 350 bp
Spécificité
ADN P. falciparum
ADN autres Plasmodii
Séquence ADN des régions flanquantes des loci microsatellites de Plasmodium falciparum absente du
génome humain ou d’autres Plasmodii
ADN Humain
Sélection 17 microsatellites
3) Spécificité : ADN autres Plasmodii et ADN Humain4) Sensibilité : séquences ADN des régions flanquantes constantes
Détermination facile de la taille
Trident « Cathédrale » Double pic
Sélection par « auto-stop »
Locus sous sélection
Microsatellite
Microsatellite
Recombinaisons
Recombinaisons rares
Microsatellites à distance de loci sous sélection
Recombinaisons fréquentes indépendance des loci
Polymorphisme
0%
5%
10%
15%
20%
25%
118
218
221
223
225
228
231
233
235
237
239
242
245
252
255
259
263
270
283
326
Fre
qu
ency
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
91 94 98 101 110
Polymorphisme élevé Puissance d’analyse basse
Polymorphisme basFaible discrimination
Taille des allèles
Microsatellites à polymorphisme intermédiaire
Sélection de 6 microsatellites
5) Electrophorégrames faciles à lire6) Microsatellites sur des chromosomes différents7) Distance entre loci microsatellites et loci sous sélection8) Polymorphisme intermédiaire
PlanIntroductionEtude n°1: Structuration et diversité des populations plasmodiales
Structure à l’échelle du continent Transmission, diversité génétique et urbanisation
Etude n°2: Origine d’une épidémie en zone urbaine Prévalence des gènes de résistance Distribution et dynamique des populations plasmodiales
Etude n°3:Effets d’une diminution expérimentale de la transmission Impact sur la diversité et multiplicité des infections Prévalence des gènes de résistance
Etude n°1
Bogreau H, Renaud F, Bouchiba H, Durand P, Assi SB, Henry MC, Garnotel E, Pradines B, FusaiT, Wade B, Adehossi, E, Parola,P., Kamil,M. A., Puijalon, O., And Rogier, C. Genetic diversityand structure of african plasmodium falciparum populations in urban and rural areas.Am. J. Trop. Med. Hyg., 74(6), 2006, pp. 953–959
Structure des populations plasmodiales à l’échelle du continent ?
À l’échelle du continent africain ?
Structure or not structure ?[Pour P. falciparum en Afrique]
Hypothèse nulle : croisement aléatoire en Afrique intertropicale.
Pas de différences significatives entre les populations plasmodiales.(Anderson et al. 2000)
Protocole
Transmission<1 p.i/pers/a
IP <5%Djibouti
Transmission< 1 p.i/pers/a
IP <5%Dakar
Transmission < 1 p.i/pers/a IP <5% 30%
Niamey
Trans :Transmission (nombre de piqûres infectantes /pers./an)IP : index plasmodique (prévalence des infections palustres)
3 sites urbains
Protocole
Transmission<1 p.i/pers/a
IP <5%Djibouti
Transmission< 1 p.i/pers/a
IP <5%Dakar
Transmission < 1 p.i/pers/a IP <5% 30%
Niamey
Transmission> 300 p.i/pers/a
IP >80%Zouen Hounnien
Trans :Transmission (nombre de piqûres infectantes /pers./an)IP : index plasmodique (prévalence des infections palustres)
3 sites urbains et un site rural
Protocole
Dakar
NiameyDjibouti
Zouen Hounnien
Réseau routier développé entre Dakar et Niamey
Enclavement de Zouen Hounnien
Accessibilité différente
Protocole
Dakar
NiameyDjibouti
Zouen Hounnien
Niveau d’endémicité différent
Protocole
Génotypage (6 à 17 microsatellites) Analyse Factorielle des Correspondances (AFC)
Fst (pop comparées 2 à 2)
Djiboutin(42)
Dakarn(37)
Zouen Hounnienn(118)
Niameyn(43)
Analyse Factorielle des Correspondances (AFC)6 loci microsatellites
-3.0 -1.5 0.0 1.5AXE I
-1.70
-1.02
-0.34
0.34
1.02
1.70A
XE
II
NiameyDjiboutiDakarSud Danané
Sites
Dissemblance génétique
(Bogreau H. et al. AJTMH 2006)
Zouen Hounnien
Différences génétiques entre populations (Fst)
Total population
Population 1 Population 2
Total population
Population 1 Population 2
Population 1 = Population 2 Fst = 0
flux importants de gènes entre pop1 & 2
Population 1 ≠ Population 2Fst = 1
pas d’échange entre les populations0 Pas de divergence
<0.05 Differentiation génétique négligeable 0.05-0.15 Modérée0.15-0.25 Importante>0.25 Populations très structurées
1 Fixation d’allèles
Importante différentiation génétique entre les populations de Djibouti et des autres sites
Structure à l’échelle du continent !
θ=0.189(0.121-0.265)
θ=0.210(0.152-0.272)
θ=0.246(0.166-0.321)
Djibouti
Dakar
ZouenHounnien
Niamey
0 Pas de divergence<0.05 Differentiation génétique négligeable 0.05-0.15 Modérée0.15-0.25 Importante>0.25 Populations très structurées
1 Fixation d’allèles
Différences génétiques entre populations (Fst)
Différentiation modérée entre la zone rurale de Zouen
Hounnien et les autres sites
θ=0.189(0.121-0.265)
θ=0.210(0.152-0.272)
θ=0.246(0.166-0.321)
Djibouti
Dakar
ZouenHounnien
Niamey
0 Pas de divergence<0.05 Differentiation génétique négligeable 0.05-0.15 Modérée0.15-0.25 Importante>0.25 Populations très structurées
1 Fixation d’allèles
θ=0.105(0.081-0.172) θ=0.084
(0.074-0.171)
Différences génétiques entre populations (Fst)
Pas de Différentiation entre Dakar et Niamey
Réseau routierMigrationhumaine
θ=0.189(0.121-0.265)
θ=0.210(0.152-0.272)
θ=0.246(0.166-0.321)
Djibouti
Dakar
ZouenHounnien
Niamey
0 Pas de divergence<0.05 Différentiation génétique négligeable 0.05-0.15 Modérée0.15-0.25 Importante>0.25 Populations très structurées
1 Fixation d’allèles
θ=0.105(0.081-0.172) θ=0.084
(0.074-0.171)
θ=0.026(0.008-0.048)
?
Différences génétiques entre populations (Fst)
Résultats divergents avec les marqueurs sélectivement neutres !!
ZIMBABWE
Dakar DjiboutiNiamey
ZouenHounnien
CONGO
OUGANDA
Différents Microsatellites différents Fst
Différents échantillonnages différents Fst
??
ZIMBABWE
Dakar Djibouti
CONGO
OUGANDA
Différents Microsatellites le même Fst
Différents échantillonnages différents Fst
Résultats divergents avec les marqueurs sélectivement neutres !!
Structure des populations de Plasmodium falciparum à l’échelle du continent africain et
de sous-régions (Afrique de l’ouest)
Effet possible des mouvements de populations humaines
Prévalencedes gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pressionmédicamenteuse
Immunité
TRANSMISSION
Allogamie
Recombinaisongénétique
Associationde gènes
PrévalenceMigrationhumaine
Fluxde gènes
Isolement
Mélange des populations
?
PlanIntroductionEtude n°1: Structuration et diversité des populations plasmodiales
Structure à l’échelle du continentTransmission, diversité génétique et urbanisation
Etude n°2: Origine d’une épidémie en zone urbaine Prévalence des gènes de résistance Distribution et dynamique des populations plasmodiales
Etude n°3:Effets d’une diminution expérimentale de la transmission Impact sur la diversité et multiplicité des infections Prévalence des gènes de résistance
Définition : Multiplicité des Infections
Nombre de souches dans un isolat sanguin
Définition : Diversité Génétique (Hétérozygotie espérée)
Probabilité d’obtenir 2 allèles =
Avec 2 tirages au sort
Population de Parasites
Transmission & Génétique des populations plasmodiales
Hypothèse : Transmission plus faible (en milieu urbain)⇒ Multiplicité & diversité génétique plus faibles
Transmission< 1 p.i/pers/a
IP <5%Djibouti
Transmission< 1 p.i/pers/a
IP <5%Dakar
Transmission < 1 p.i/pers/a IP <5% 30%
Niamey
Transmission> 300 p.i/pers/a
IP >80%Zouen Hounnien
Transmission & Génétique des populations plasmodiales
< 1 p.i/pers/aMult.: 1.31Djibouti
< 1 p.i/pers/aMult:1.41Dakar
< 1 p.i/pers/aMult:1.63Niamey
> 300 p.i/pers/aMult:2.68
Zouen Hounnien
Multiplicité en accord avec le niveau de transmission palustre
Hypothèse : Transmission plus faible (en milieu urbain)⇒ Multiplicité & diversité génétique plus faibles
Prévalencedes gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pressionmédicamenteuse
Immunité
TRANSMISSION
Allogamie
Recombinaisongénétique
Associationde gènes
Prévalence
Fluxde gènes
Multiplicité
Isolement
Urbanisation
?
Mélange des populations
Transmission & Génétique des populations plasmodiales
Fort niveau de transmission Production locale de diversité génétique
Zouen Hounnien: Fort niveau de transmission P. falciparumDiversité génétique importante
DjiboutiNiamey
Dakar
Zouen Hounnien H=0.76
Transmission & Génétique des populations plasmodiales
Faible niveau de transmission & savane aride
Djibouti : Faible niveau de transmission P. falciparum& faible diversité génétique
H=0.53Djibouti
NiameyDakar
Zouen Hounnien H=0.76
Transmission & Génétique des populations plasmodiales
Fort niveau de transmission autour des zones urbainesDiversité génétique importée !!
Dakar et Niamey : Faible niveau de transmission P. falciparum & grande diversité génétique
H=0.53Djibouti
H=0.76Niamey
H=0.73Dakar
Zouen Hounnien H=0.76
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Djibouti Dakar Niamey Danané
Mu
ltip
lici
ty
00,10,20,30,40,50,60,70,80,91
Het
ero
zyg
osi
ty
Multiplicity Heterozygosity
< 1 pi/pers/a <1 pi/pers/a <1 pi/pers/a >300 pi/pers/a
La transmission palustre seule ne permet pas d’expliquer la diversité génétique observée (Heterozygosity)
Transmission & Génétique des populations plasmodiales
Prévalencedes gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pressionmédicamenteuse
Immunité
TRANSMISSION
Allogamie
Recombinaisongénétique
Associationde gènes
Prévalence
Fluxde gènes
Multiplicité
Isolement
Mélange des populations
Diversité génétique
Urbanisation
?
Migrationhumaine
Etude de la structure des populations plasmodiales au niveau local
Déséquilibre de liaison génétique: structure locale ?
Conditions pouvant engendrer un déséquilibre de liaison local :– Structure locale des populations– Expansion épidémique « clonale » de souches– …
Sans déséquilibrede liaison
Zouen Hounnien
Sans déséquilibrede liaisonNiamey
Sans déséquilibrede liaison
DakarAvec déséquilibre
de liaisonDjibouti
Déséquilibre de Liaison génétique
Déséquilibre = proport. [ ] observée – proport.[ ] attendue si 1seule Liaison génétique population
Locus A
Locus B
1 population2 populations
(structure locale)
Déséquilibre de Liaison génétique
Déséquilibre = proport. [ ] observée – proport.[ ] attendue si 1seule Liaison génétique population
Locus A
Locus B
1 population
25% 50%
2 populations (structure locale)
Déséquilibre de Liaison génétique
Locus A
Locus B
1 population1 population expansion clonale épidémique
25% 90%Déséquilibre = proport. [ ] observée – proport.[ ] attendue si 1seule Liaison génétique population
Déséquilibre de Liaison génétique
Locus A
Locus B
1 population1 population expansion clonale épidémique
25% 25%Déséquilibre = proport. [ ] observée – proport.[ ] attendue si 1seule Liaison génétique population
chaque génotype : 1 X
Allele A,Locus 1 (PA)
Allele B, locus 2 (PB)
Allele A, locus 1 -- PA.PB
Allele B, locus 2 PA.PB --
À l’équilibre = association aléatoire d’alleles de différents loci
proportion espérée of A-B = 2 ( PA.PB )
Déséquilibre de Liaison génétique
BAAB ppn
nAB .2−=∆
Proportion of association Allele A and B observed
Proportion of association Allele A and B expected
Déséquilibre de Liaison génétique
2AA p
nnAAD −=
Proportion of homozygote AA observed
Proportion of homozygote AA expected
Déséquilibre de Liaison génétique
+
+
∆=
BDB
pBpADA
pAp
ABABR
Covariance (PA,PB)
Variance PA Excess homozygosity
Déséquilibre de Liaison génétique
Liaison (pseudo-R2) entre les allèles de 6 loci microsatellites(C4M79, Pf2689, TRAP, Pf2802, 7A11, C4M69), Djibouti, 2002
avec () ou sans () prise en compte des génotypes multilocus «doublons» ( significatif avec p< 0,0009)
Pseu
do-R
2
C4M79Pf2689
C4M79TRAP
C4M79Pf2802
C4M797A11
C4M79C4M69
Pf2689TRAP
Pf2689Pf2802
Pf26897A11
Pf2689C4M69
TRAPPf2802
TRAP7A11
TRAPC4M69
Pf28027A11
Pf2802C4M69
7A11C4M69
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
Conclusion étude n°1
Structure à l’échelle du continentale et régionaleUrbanisation peut modifier la structure -homogénéiser à grande échelle malgré les distances géographiques-fragmenter localement les populations plasmodiales urbaines-importer de la diversité génétique (échanges régionaux)Des paludismes urbains (expansion épidémique
localisée )
PlanIntroductionEtude n°1: Structuration et diversité des populations plasmodiales
Structure à l’échelle du continent Transmission, urbanisation et populations plasmodiales
Etude n°2: Origine d’une épidémie en zone urbaine Prévalence des gènes de résistance Distribution et dynamique des populations plasmodiales
Etude n°3:Effets d’une diminution expérimentale de la transmission Impact sur la diversité et multiplicité des infections Prévalence des gènes de résistance
Merci de votre attention