Caracterizing and validating the EmsB tandem repeated multi-loci microsatellite and genetic polymorphism of Echinococcus multilocularis: a method for studying Em transmission in Europe
Caractérisation et validation du marqueur microsatellite multilocus répété en tandem EmsB pour la recherche de polymorphisme génétique chez Echinococcus multilocularis : application à l'étude de la transmission du parasite en Europe
Résumé
Echinococcus multilocularis is a parasite involving carnivores, as mainly the fox, and rodents, as the micromammals in its life cycle. The human contamination by the parasite causes the Alveolar Echinococcosis, a lethal disease when untreated. The cestode is only found in the Northern Hemisphere (China, Japan, Europe and North America). Its spatial distribution seems to know a recent evolvement, notably in Europe, where the Alpine Arch is described as the main E. multilocularis historical focus. The genotyping was chosen to study the parasite dispersion in Europe. However, the lack of relevant tools to track parasite polymorphism required the investigation and characterisation of markers with a high power of discrimination. After the characterisation and validation of the tandemly repeated multilocus microsatellite target EmsB, the genetic diversity in Europe was assessed at different geographical scales. At the micro-local scale (infested rodents from the same field), the isolates presented together a low diversity, suggesting a common contamination of rodents by the same infectious source (e.g. faeces from one infected fox). At a local scale (900 km²), 140 parasites from 25 red foxes were studied. The parasites harboured a genetic diversity which allowed us to distinguish 6 EmsB profiles. The simultaneous presence of different profiles together in fox was frequently observed and suggests repeated infections of foxes. The low rate of heterozygosity was shown and could be explained by a dominant clonally reproduction pattern. At continental scale (9 European sub-regions in the historical endemic zone and new endemic zones, in the peripheral area of the former), the genetic diversity and its spatial signification were studied with 653 isolates (596 adult worms from 129 red foxes, 57 lesions surgically removed for humans and animals in captivity). A great variability was observed in Europe, with the description of 54 EmsB profiles. Transversal EmsB profiles were found on both sides of the European field of work. However, endemic profiles were found geographically limited into the different sub-regions. The study of genetic composition into the different European sub-regions showed a bigger genetic diversity in the historical focus compared to the peripheral zone, where few profiles represented almost all the genetic diversity in these peripheral sub-regions. This distribution indicates a dispersion of the parasite from the central zone to peripheral zones in a “mainland-island” system of transmission. But this dispersion could have taken place on an important time scale. For human and animals in captivity, endemic EmsB profiles were found during several years, highlighting a putative local contamination by the same infectious strain. These findings constitute the first application of a multilocus microsatellite marker for the study of a helminth at a continental scale.
Echinococcus multilocularis est un parasite nécessitant pour survivre un passage successif entre les carnivores, comme le renard et les micro-mammifères. Le parasite est responsable chez l'homme de l'Echinococcose Alvéolaire, une maladie mortelle si elle n'est pas prise en charge. Uniquement décrit dans l'hémisphère nord (Chine, Japon, Europe et Amérique du Nord), la distribution spatiale du parasite semble connaître une évolution récente, notamment en Europe, où l'Arc alpin est décrit comme le foyer historique d'E. multilocularis dans cette région. Le génotypage a été choisi pour étudier la diffusion du parasite en Europe. Cependant, le manque d'outils de détection du polymorphisme du parasite nécessitait la recherche et la caractérisation de marqueurs possédant un haut pouvoir discriminant. Après caractérisation et validation de la cible EmsB multilocus répétée en tandem, la diversité génétique du parasite en Europe a été étudiée à différentes échelles spatiales d'analyse. A l'échelle micro-locale (rongeurs parasités d'une même pâture), les isolats présentaient une faible diversité génétique entre eux, évoquant une contamination des rongeurs par une même source infectieuse (e.g. les fèces d'un même renard parasité). A l'échelle locale (900 km²), 140 parasites de 25 renards ont été étudiés. Les parasites présentaient une diversité génétique permettant de distinguer 6 profils EmsB. La présence simultanée de différents profils chez le renard a été décrite de manière fréquente, évoquant des infestations répétées des renards. Un faible taux d'hétérozygotie a été trouvé chez le parasite, ce qui pourrait être expliqué par un mode de reproduction principalement clonal. A l'échelle continentale (9 sous-régions européennes de la zone endémique historique et de la périphérie de celle-ci) la diversité génétique et la structure spatiale du polymorphisme ont été étudiées à partir de 653 isolats (596 vers adultes isolés de 129 renards, 57 lésions opérés chez des patients et des animaux vivant en captivité). Une grande diversité génétique a été observée en Europe, avec la description de 54 profils EmsB. Des profils transversaux ont été trouvés de part et d'autre de la zone d'étude alors que d'autres plus endémiques étaient limités spatialement. L'étude de la composition génétique au sein des sous-régions européennes a permis de mettre en évidence une plus grande diversité génétique dans le foyer historique par rapport à sa zone périphérique, où quelques profils représentaient la majorité des parasites. Cette distribution évoque une dispersion du parasite à partir de la zone centrale vers la zone périphérique dans un système de transmission « continent-île ». Chez l'homme et l'animal en captivité des profils EmsB décrits comme endémiques ont été trouvés sur plusieurs années, montrant une contamination de manière locale par une même souche. Cette étude constitue la première application d'un marqueur microsatellite multilocus pour l'étude de la circulation d'un helminthe à l'échelle continentale.