Utilisation des outils phylogéographiques pour explorer la diversité génétique de Borrelia burgdorferi et le paysage génétique de la maladie de Lyme au Canada

La maladie de Lyme est la maladie infectieuse zoonotique la plus rapportée en zone tempérée. Elle a des conséquences importantes sur la santé humaine. Au Canada, elle est considérée comme étant émergente du fait principalement de l’expansion de la tique vectrice Ixodes scapularis vers de nouvelles zones du Sud Canadien où elle s’est établie. Par conséquent, les aires endémiques de la maladie de Lyme ne cessent de s’élargir, favorisées notamment par les changements climatiques. Ces événements coïncident avec la radiation adaptative que montre actuellement la bactérie Borrelia burgdorferi (B. burgdorferi), qui est responsable des cas de maladie de Lyme en Amérique du Nord.  Devant une telle problématique, les structures phylogéographiques de l’agent pathogène et de son vecteur montrent étonnamment peu de corrélation, malgré leur lien écologique intime. L’évaluation du risque environnemental de la maladie de Lyme nécessite d’avoir une image claire des différents processus qui œuvrent et qui guident l’expansion du pathogène et de son vecteur. Cependant cette image devient beaucoup plus complexe si on considère la diversité génétique de B. burgdorferi. En effet, elle peut avoir des effets négatifs sur les tests de diagnostics actuels et du fait de différents niveaux de pathogénicité, rendre le tableau clinique complexe. L’une des réponses à ces problématiques peut se trouver dans la génétique bactérienne de ce pathogène et sa relation avec son vecteur et ses hôtes. Dans cette étude, nous investiguons la diversité et la structure génétique des populations de B. burgdorferi sensu stricto dans le Sud du Canada et dans le Nord des États-Unis (ÉU) par l’utilisation des outils phylogéographiques, à savoir : i) la phylogénie pour explorer l’histoire évolutive de B. burgdorferi, et ii) la modélisation géo-spatiale pour définir sa structure génétique actuelle à l’échelle spatiale. Au total, 750 échantillons de B. burgdorferi sont exploités pour la reconstruction des liens de parenté entre les différentes souches typées avec la méthode multi-locus du typage des séquences (MLST) (477 échantillons des ÉU et du Canada sont disponibles dans la base pubmlst.org/bburgdorferi/ et  273 échantillons canadiens, utilisés pour la première fois, proviennent de la surveillance active). Deux autres approches complémentaires sont utilisées dans cette étude pour caractériser les différentes souches, à savoir le gène du plasmide cp26 codant pour la protéine C de surface (ospC) et l’espace inter-génique ribosomal rrs-rrlA (IGS). Nos travaux ont montré que la diversité génétique de B. burgdorferi au Canada est relativement semblable à celle des ÉU, mais que seulement 1/5 des souches sont communes entre les deux pays. L’image phylogéographique de B. burgdorferi en Amérique du Nord apparait plus complexe que ce qui était connu jusqu’à présent, tant sur le plan géographique que génétique. En effet, des souches de diverses origines géographiques forment des clades significatifs alors que d’autres qui ont les mêmes origines géographiques sont éparpillées sur différents clades (génétiquement très distinctes). Ceci est un signal probable de populations refuges. De même, une complexité génétique a été enregistrée, puisque 90 % des échanges génétiques se font à l’intérieur de chaque sous-structure phylogénétique.  Une telle structure génétique peut être l’œuvre d’un patron écologique. Les fortes associations des génotypes avec des hôtes spécifiques peuvent limiter le flux génétique entre ces sous-structures. Dans ce contexte, la modélisation statistique a permis d’identifier des associations entre génotypes et certaines espèces de rongeurs : CC34 et ospC G avec le tamia rayé ; CC403, ospC A et RST1 avec la souris à pattes-blanches ; et CC4, ospC H et IGS 2D avec la souris sylvestre. La phylogénie a montré que les souches associées aux tamias sont plus anciennes comparativement à celles associées aux souris qui semblent avoir évoluées plus récemment. Des études basées sur le fossile du tamia corroborent cette hypothèse. En effet, cette espèce était l’une des rares espèces de petits mammifères ayant survécu durant les périodes glaciaires-interglaciaires. Durant son histoire, elle a entrepris une migration Nord-sud, alors que les souris, plus fragiles aux conditions climatiques ont entrepris une migration Sud-nord suite au retrait de la couche glaciaire.  Les adaptations des souches de B. burgdorferi aux hôtes peuvent avoir été le moteur de différences de pathogénicité des génotypes en Amérique du Nord. Elles façonnent aussi la phylogéographie contemporaine de ce pathogène dans cette partie du monde. En effet, la modélisation géo-spatiale à l’aide des probabilités conditionnelles a révélé que des souches (p.ex.  ST1) présentent des modèles d’occurrence déterminés en partie par la connectivité des forêts. Cette étude offre une première image phylogéographique compréhensive de B. burgdorferi dans le Sud du Canada, nécessaire pour comprendre l’épidémiologie évolutive de la maladie de Lyme en Amérique du Nord. Elle montre qu’il existe une diversité génétique importante, ce qui peut aider à comprendre les variations géographiques des souches pathogènes et les méthodes de dispersion de B. burgdorferi en Amérique du Nord.  Ces résultats permettront d’améliorer notre habilité à prédire le risque de la maladie de Lyme au Canada et aideront à développer de nouvelles méthodes de diagnostic.

Keyphrases: Borrelia burgdorferi, maladie de Lyme, phylogéographie, histoire évolutive, connectivité du paysage, modélisation spatiale