AIX-MARSEILLE UNIVERSITE FACULTÉ DE MÉDECINE DE MARSEILLE ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES DE LA VIE ET DE LA SANTÉ THÈSE DE DOCTORAT/PhD Présentée par IBRAHIM HAMAD En vue de l’obtention du grade de DOCTEUR d’AIX-MARSEILLE UNIVERSITE Spécialité : Maladies Infectieuses Détection Moléculaire des Eucaryotes dans les Selles de Primates : Étude Exploratoire Soutenance le 30 Octobre 2015 Composition du Jury: Professeur Jean-Louis MEGE Président de Jury Professeur Antoine ANDREMONT Rapporteur Professeur Raymond RUIMY Rapporteur Docteur Marion Leclerc Rapporteur Professeur Didier RAOULT Directeur de thèse Docteur Fadi BITTAR Co-Directeur de thèse Unité de Recherche sur les Maladies Infectieuses et Tropicales Emergentes (URMITE), UMR 63, CNRS 7278, IRD 198, Inserm 1095, Faculté de Médecine, Marseille, FRANCE LIST OF CONTENTS AVANT PROPOS…………………………………………………………… 1 RÉSUMÉ…………………………………………………………………….. 3 ABSTRACT…………………………………………………….…………… 6 INTRODUCTION…………………………………………….…....……...… 8 CHAPTER I: REVIEWS ……………………………....…..….…………….. 11 Article 1- Repertory of Eukaryotes (Eukaryome) in Human Gastrointestinal Tract: Taxonomy and Detection Methods……………………........................ 13 Article 2- Looking in apes as a source of human pathogens………….....…. 41 CHAPTER II: THE EUKARYOTES GUT MICROBIOTA IN HUMAN…. 49 Article 3- Molecular Detection of Eukaryotes in a Single Human Stool Sample from Senegal……………….………………………………...……… 51 Article 4- The Gut Microbiota of a patient with Resistant Tuberculosis is more Comprehensively Studied by Culturomics than by Metagenomics…… 69 Article 5- Metagenomic analysis of Eukaryotic Microbiota in Gut of HIV- infected patients……………………………………………………………… 83 CHAPTER III: THE EUKARYOTES GUT MICROBIOTA IN NON- HUMAN PRIMATE ........................................................................................ 103 Article 6- Pathogenic Eukaryotes in Gut Microbiota of Western Lowland Gorillas as Revealed by Molecular Survey………………….……………… 105 Article 7- Wild Gorillas as a Potential Reservoir of Leishmania major…….. 135 Article 8- Detection of Termites and Other Insects Consumed by African Great Apes using Molecular Fecal Analysis………………………………… 149 CONCLUSIONS AND PERSPECTIVES………………….……..………… 163 REFERENCES………………………………………………......................... 167 AVANT PROPOS Le format de présentation de cette thèse correspond à une recommandation de la spécialité Maladies Infectieuses et Microbiologie, à l’intérieur du Master des Sciences de la Vie et de la Santé qui dépend de l’Ecole Doctorale des Sciences de la Vie de Marseille. Le candidat est amené à respecter des règles qui lui sont imposées et qui comportent un format de thèse utilisé dans le Nord de l’Europe et qui permet un meilleur rangement que les thèses traditionnelles. Par ailleurs, la partie introduction et bibliographie est remplacée par une revue envoyée dans nun journal afin de permettre une évaluation extérieure de la qualité de la revue et de permettre à l’étudiant de commencer le plus tôt possible une bibliographie exhaustive sur le domaine de cette thèse. Par ailleurs, la thèse est présentée sur article publié, accepté ou soumis, associé d’un bref commentaire donnant le sens général du travail. Cette forme de présentation a paru plus en adéquation avec les exigences de la compétition internationale et permet de se concentrer sur des travaux qui bénéficieront d’une diffusion internationale. Professeur Didier Raoult 1 2 RÉSUMÉ Chez les mammifères, les Eucaryotes représentent une composante importante des micro-organismes peuplant le tractus digestif. Leur présence peut avoir des effets bénéfiques mais aussi néfastes, comme les parasites, chez l’hôte. Depuis la dernière décennie, de nombreux efforts ont été entrepris afin de comprendre le lien entre les composants eucaryotes du milieu intestinal et la santé de l’hôte. En effet, de nombreuses études ont été menées pour la découverte et l’évaluation de la diversité des eucaryotes peuplant ce tractus gastro-intestinal. Dans cette étude, nous nous sommes appuyés sur des techniques de culture couplées avec des méthodes moléculaires ciblant spécifiquement les gènes ribosomaux 18s et ITS dans l’objectif d’évaluer les composants eucaryotes du tube digestif de l’homme mais aussi des grands singes. Afin de comprendre le rôle des composants eucaryotes chez des patients et des sujets sains, des échantillons fécaux, provenant d’individus sains et de personnes atteintes de tuberculose et du VIH, ont été étudiés par amplification de plusieurs couples d’amorces universelles suivies de clonage et du séquençage. Nos résultats ont montré que les champignons constituent une forte proportion de la communauté eucaryote dans le tube digestif des individus sains et malades. Ces derniers ont aussi montré que cette dominance fongique dépend de nombreux facteurs comme la situation géographique, l’état de santé de l’individu mais aussi du nombre d’échantillons analysés. Au total, 16 champignons et 2 autres micro-eucaryotes (Entamoebahartmanni et Blastocystis Sp.) ont été identifiés dans l’échantillon provenant de la personne saine. Par contre, peu d’espèces fongiques ont été identifiées via l’échantillon provenant du patient atteint de tuberculose. Cependant, un total de 78 micro-eucaryotes, comprenant 67 champignons et 2 straménopiles, ont été identifiés avec les 31 échantillons fécaux de personnes atteintes de VIH. 3 D'autre part, la diversité des eucaryotes qui peuplent les primates non humains tels que les grands singes demeure relativement inexploré en raison soit de la faible abondance de ces micro-organismes dans l'intestin de ces derniers, ou parce qu'ils ont reçu une attention limitée en comparaison avec l’ensemble des composants micro-eucaryotes. Pour ces raisons, nous avons entrepris une analyse moléculaire dans le but de détecter ces micro-organismes eucaryotes, dont certains demeurent pathogènes pour l’homme, en utilisant un seul échantillon fécal prélevé chez un gorille sauvage en provenance de l’ouest du Caméroun. Ces analyses ont été suivies d’une détection moléculaire spécifique du potentiel pathogène de ces eucaryotes du tractus gastro-intestinal des gorilles sauvages. En conséquence, ils ont permis d’identifier 87 espèces eucaryotes comptant 52 champignons, 10 protozoaires, 4 nématodes et 21 espèces de plantes. Nous avons également signalé la présence de champignons pathogènes (Candida tropicalis), et de parasites (Oesophagostomum bifurcum, Necator americanus). Afin d’examiner d’une manière plus approfondie si ces gorilles abritaient d’autres parasites, nous avons analysé 91 échantillons fécaux à la recherche d’agents pathogènes comme la leishmaniose., Les résultats ont montré que 12 échantillons contenaient des parasites du genre Leishmania et 4 phlébotomes comme vecteurs. L’analyse moléculaire a été effectuée par enchaînement de 3 différentes réactions de polymérase en chaine (PCR) spécifiques aux agents de la leishmaniose. En outre, les formes promastigote et amastigote du parasite ont été visualisée dans les échantillons fécaux lorsque l’hybridation in situ par fluorescence a été réalisée. Au final, nous avons utilisé des amorces ciblant les gènes du cytochrome b et du COI avec les différents échantillons provenant des gorilles, chimpanzés, et bonobos afin d’analyser la diversité des arthropodes consumés par ces grands singes. Cinquante et 56 unités taxonomiques opérationnelles (UTO) ont été obtenues 4 respectivement à partir de gènes du Cyt b et COI et appartenant à 32 familles de 5 ordres (Diptera, Isoptera, lépidoptères, coléoptères et orthoptères). 5 ABSTRACT Eukaryotes represent significant component of the mammalian intestinal tract. Their occurrence might have either beneficial or virulent parasitic effects on the host. Since the last decade, efforts have been made in order to understanding the link between the gut eukaryotes and host’s health and thus many studies have been conducted to uncover and estimate the diversity of gut eukaryotes across intestinal digestive tract. In this thesis, we relied on the applications of both culture-dependent methods and extended molecular methods targeting the 18S rRNA and ITS and some other genes, to assess the eukaryotic components in digestive tract of both human and great apes. In order to understand the human intestinal eukaryotic components in both health and disease states, fecal samples from healthy and patients with resistant tuberculosis and HIV infection were extensively studied using amplification with various eukaryotic universal primers followed by cloning and sequencing. Our results revealed that fungi constitute a high proportion of eukaryotic communities in gut of the healthy and sick individuals and their dominance depend on many factors including geographical location, health status and the size of samples analyzed. A total of 16 fungal species and 2 other micro- eukaryotes (Entamoeba hartmanni and Blastocystis sp.) were identified in healthy fecal sample. Contrary, a very few fungi were detected in the fecal sample from patient with resistant tuberculosis; whereas a total of 78 micro- eukaryotic species were detected (67 fungi and 2 stramenopiles) were found in 31 HIV fecal samples. On another hand , The diversity of eukaryotes inhabiting non-human primates such as great apes remains relatively unexplored because of either the low abundance of these organisms in apes gut or because they have received limited attention from a whole-community perspective. For these reasons we undertook 6 an extensive molecular analysis for detecting eukaryotic microbiota including