Genetic determinants and evolution of drug resistance in Mycobacterium tuberculosis in Cambodia, high tuberculosis burden country - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Genetic determinants and evolution of drug resistance in Mycobacterium tuberculosis in Cambodia, high tuberculosis burden country

Déterminants génétiques et évolution de la résistance aux antibiotiques chez Mycobacterium tuberculosis au Cambodge, pays à lourde charge de tuberculose

Résumé

Tuberculosis (TB) is a public health threat and is among the world’s most lethal infectious diseases. Globally, Cambodia ranks 15th among the 30 countries with the highest TB incidence rate. The increasing emergence of MDR-TB as well as pre-XDR and XDR-TB has been observed in this country. However, the mechanisms underlying this escalation of resistance are still poorly understood. In this context, this thesis aims to understand the emergence, spread and evolution of antibiotic resistance in Mycobacterium tuberculosis (M.tb) in Cambodia.Two collections of M.tb are included in the study: (i) 404 isolates from MDR-TB presumptive patients between 2012 and 2017, (ii) 19 isolates from bears from a wildlife rescue center and one isolate from a staff member. The isolates were analyzed by two techniques: spoligotyping, 24-MIRU-VNTR, sequencing of drug resistance genes and drug susceptibility testing for first (FLD) and second line (SLD) drugs.First, this work describes the genetic diversity of the clinical M.tb isolates and their link with FLD resistance. The two predominant families, Beijing and EAI, represent almost 90% of the sample. The analysis showed a significant association between the Beijing family and phenotypic drug resistance, in particular with MDR and quadruple resistance. The clustering suggests the existence of recent transmissions also associated with the Beijing family.Second, while focusing on resistance to SLD, the data suggest that the proportion of XDR and pre-XDR isolates remains low but is on the rise compared to previous reports. The Beijing family was predominant among these highly resistant isolates. One Beijing isolate, named XDR+, was resistant to all anti-TB drugs tested (FLD and SLD). A cluster comprising 2 pre-XDR and XDR isolates was observed, suggesting recent transmission of these strains.Third, the genetic determinants of resistance to FLD and SLD and the evolution of resistance over time were studied. The data demonstrated a diversity of drug resistant patterns from mono-resistance to XDR, an important diversity of mutation patterns in each M.tb family and each cluster and the existence of compensatory mutations in some resistant isolates. These results suggest various evolutionary trajectories towards resistance to FLD and SLD. The Beijing family was also associated with MDR and XDR and low fitness cost mutations in resistant genes. Our data suggest a cumulative effect of mutations, a role of epistasis in the acquisition of multiple resistance and the spread of highly resistant and transmissible isolates in the population.Finally, concerning the M.tb in bear population and the staff isolate, my work has confirmed a human-animal transmission of M.tb sensitive and resistant with the presence of two clusters; EAI cluster and Beijing streptomycin and isoniazid resistant cluster including the human case. The timing and exposure indicated probable transmission from bear to human and back to bear.In conclusion, this work provides knowledge on the diversity, population structure of M.tb and resistance to FLD and SLD in our sample collected from MDR-TB presumptive patients between 2012 and 2017. These data predict an evolution of resistance to a more problematic situation in the future. First, the Beijing family is associated with MDR and XDR as well as mutations associated with high level of resistance and low fitness cost and recent transmission. Second, the proportion of XDR and pre-XDR isolates remains low but appears to be increasing over time. This study strongly indicates the need for rapid interventions in terms of diagnostic and treatment to prevent the spread of the Beijing pre-XDR and XDR isolates in the population and the emergence of more resistant strains. This work also illustrates that the susceptibility of the endangered species, Helarctos malayanus sun bear, to human TB in particular to resistant TB poses problems in terms of conservation of the species but also of public health.
La tuberculose (TB) est une menace de santé publique et fait partie des maladies infectieuses les plus tueuses dans le monde. Le Cambodge se classe au 15ème rang mondial parmi les 30 pays ayant le taux d’incidence le plus élevé de TB. L’émergence croissante de la TB multirésistante (MDR) et ultrarésistantes (XDR) a été observée dans ce pays. Cependant, les mécanismes sous-jacents à ces émergences sont toujours mal connus. Cette thèse vise à comprendre l'émergence, la propagation et l’évolution de la résistance aux antibiotiques chez M. tuberculosis (M.tb) au Cambodge.Deux collections de M.tb, (i) 404 isolats de patients présumés MDR-TB (2012-2017) et (ii) 19 isolats d’ours provenant d’un centre de sauvegarde et un isolat d’un gardien, ont été analysées par diverses techniques : spoligotypage, MIRU VNTR, séquençage des gènes de résistance et des tests de sensibilité aux anti-TB de première (FLD) et de second ligne (SLD). Ce travail décrit, premièrement, la diversité génétique des isolats à l’étude et leur lien avec les résistances aux FLD. Les deux familles prédominantes, Beijing et EAI, représentent près de 90% de l'échantillon. L’analyse a montré une association statistique de la famille Beijing avec la MDR, la quadruple résistance et le groupement en clusters suggérant l’existence de transmissions récentes.Deuxièmement, en se concentrant sur la résistance aux SLD, les données suggèrent que la proportion d'isolats XDR et pré-XDR reste faible mais est en augmentation par rapport aux précédents rapports. La famille Beijing était prédominante parmi ces isolats hautement résistants. Un isolat Beijing, nommé XDR+, était résistant à tous les anti-TB testés. Un cluster comprenant 2 isolats pré-XDR et XDR a été observé, suggérant une transmission potentiellement récente de ces souches.Troisièmement, l’étude des déterminants génétiques et l'évolution de la résistance montrent une diversité de profils allant de la mono-résistance à la XDR, une grande diversité de mutations dans chaque famille et chaque cluster et l’existence de mutations compensatoires chez certains isolats résistants. Ces résultats suggèrent diverses trajectoires évolutives vers la résistance aux FLD et SLD. La famille Beijing est également associée à la MDR et XDR et à des mutations avec un faible coût biologique dans les gènes de résistance. Nos données suggèrent un effet cumulatif des mutations, un rôle de l'épistasie dans l’acquisition de la MDR et XDR et la propagation d'isolats hautement résistants et transmissibles dans la population.Enfin, concernant la population de M.tb d’ours et l’isolat du gardien, mes travaux montrent une transmission entre l’homme et l’animal de M.tb sensibles et résistants avec la présence de deux clusters ; un cluster EAI et un cluster Beijing résistant à la streptomycine et l’isoniazide intégrant le cas humain. Les dates d’isolation et d'exposition suggèrent une transmission probable d'ours à l’homme, puis de l’homme à l’ours.En conclusion, ce travail apporte des connaissances sur la diversité, la structure des populations de M.tb et la résistance aux FLD et SLD dans notre échantillon. Ces données prédisent une évolution de la résistance vers une situation plus problématique dans le futur. La famille Beijing est associée à la MDR et à la XDR ainsi qu’à des mutations associées à de faibles coûts biologiques, générant des niveaux de résistance élevés et une transmission dans la population humaine. Deuxièmement, la proportion d'isolats XDR et pré-XDR, bien que faible est en augmentation. Cela démontre la nécessité d'interventions rapides en termes de diagnostic et de traitement pour éviter la propagation des isolats Beijing pré-XDR et XDR dans la population et l'émergence de souches de plus en plus résistantes. Ce travail illustre également que la sensibilité d’une espèce d’ours en danger d’extinction, Helarctos malayanus, à la TB humaine pose des problèmes en termes de conservation de l’espèce mais également de santé publique.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03690395 , version 1 (08-06-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03690395 , version 1

Citer

Sokleaph Cheng. Genetic determinants and evolution of drug resistance in Mycobacterium tuberculosis in Cambodia, high tuberculosis burden country. Human health and pathology. Université Montpellier, 2020. English. ⟨NNT : 2020MONTT089⟩. ⟨tel-03690395⟩
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