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 - hervebogreau@yahoo.fr

1. IMTSSA—URBEP, « le PHARO » hervebogreau@yahoo.fr
Institut Pasteur de Madagascar
Atelier 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

2. Plan
Introduction
Etude 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

3. 35%
population
Mondiale
Plasmodium falciparum

4. 1 Million de Morts
par an
Plasmodium falciparum 35%
population
Mondiale
90% des cas
Enfants
Africains

5. Définition de la résistance:
Aptitude d’une souche du parasite du
paludisme à survivre ou à se reproduire
malgré l’administration et l’absorption d’un
médicament employé à des doses égales ou
supérieures aux doses recommandées mais
comprises dans les limites de la tolérance du
sujet.
Le test in vivo est la méthode de référence

6. Définition de la résistance:
Aptitude d’une souche du parasite du
paludisme à survivre ou à se reproduire
malgré l’administration et l’absorption d’un
médicament employé à des doses égales ou
supérieures aux doses recommandées mais
comprises dans les limites de la tolérance du
sujet.
Le test in vivo est la méthode de référence
test in vitro
épidémiologie moléculaire

7. Résistance
in vitro
Virulence
Dangerosité
Parasites
Marqueurs de résistance
Antipaludiques
HôteTransmission
Malnutrition
Observance
VIH
Environnement
Immunité
Drépanocytose (Miller 1976)
Hb C (Agarwal 2000, Modiano 2001)
Thalassemias (Miller 1976)
G6P D(Ruwende 1995)
HLA (Hill 1991)
Résistance
in vivo
Pharmacocinétique
Biodisponibilité
CQ (Wellems 2001)
Proguanil (Watkins 1990)
pfcrt
dhfr
dhps

8. Résistance
in vitro
Virulence
Dangerosité
Parasites
Marqueurs de résistance
Antipaludiques
Hôte
Environnement
Immunité
HLA (Hill 1991)
Résistance
in vivo
Pharmacocinétique
Biodisponibilité
CQ (Wellems 2001)
Proguanil (Watkins 1990)
pfcrt
dhfr
dhps
Transmission
Malnutrition
Observance
VIH
Drépanocytose (Miller 1976)
Hb C (Agarwal 2000, Modiano 2001)
Thalassemias (Miller 1976)
G6P D(Ruwende 1995)

9. Résistance
in vitro
Virulence
Dangerosité
Parasites
Marqueurs de résistance
Antipaludiques
Hôte
Environnement
Immunité
HLA (Hill 1991)
Résistance
in vivo
Pharmacocinétique
Biodisponibilité
CQ (Wellems 2001)
Proguanil (Watkins 1990)
pfcrt
dhfr
dhps
Transmission
Malnutrition
Observance
VIH
Drépanocytose (Miller 1976)
Hb C (Agarwal 2000, Modiano 2001)
Thalassemias (Miller 1976)
G6P D(Ruwende 1995)

10. Quelques définitions en génétique
ADN
parasitaire
Locus
emplacement physique sur le chromosome1 gène
Unité fonctionnelle
Permettant
l’expression d’un
caractère
Allèles
Différentes formes de l’ADN à un locus donné

11. Quelques définitions en génétique
ADN
parasitaire
Locus
emplacement physique sur le chromosome1 gène
Unité fonctionnelle
Permettant
l’expression d’un
caractère
Allèles
Différentes formes de l’ADN à un locus donné
Allèle associé à la
résistance
Marqeur de résistance

12. Résistance
in vitro
Virulence
Dangerosité
Parasites
Marqueurs de résistance
Antipaludiques
Hôte
Environnement
Immunité
HLA (Hill 1991)
Résistance
in vivo
Pharmacocinétique
Biodisponibilité
CQ (Wellems 2001)
Proguanil (Watkins 1990)
pfcrt
dhfr
dhps
Transmission
Malnutrition
Observance
VIH
Drépanocytose (Miller 1976)
Hb C (Agarwal 2000, Modiano 2001)
Thalassemias (Miller 1976)
G6P D(Ruwende 1995)

13. 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

14. 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1985 1990 1995 2000
Utilisation
Chloroquine
Résistance
Asie
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

15. 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1985 1990 1995 2000
Utilisation
Chloroquine
Résistance
Asie
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

16. Résistance de
P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991
IMPORTATION DES
PARASITES RESISTANTS
ORIGINAIRES D’ASIE

17. 1978
Résistance de
P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991
IMPORTATION DES
PARASITES RESISTANTS
ORIGINAIRES D’ASIE

18. 1981
Résistance de
P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991

19. 1982
Résistance de
P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991

20. 1983
Résistance de
P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991

21. 1984
Résistance de
P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991

22. 1985
Résistance de
P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991

23. 1986
Résistance de
P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991

24. 1987
Résistance de
P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991

25. 1988
Résistance de
P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991

26. 1989
Kenya Tanzanie Uganda
Rwanda
Malawi
Burundi
Mozanbique
Angola
Zaïre
Namibie
Cameroun
Gabon
Sénégal-Gambie
Côte d'Ivoire
Bénin
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988
Année d'apparition de la
résistance à la Chloroquine
Distanceenkm
Résistance de
P. falciparum
Chloroquine
D’après Charmot 1991
D’après Schapira 1990

27. 1989
Kenya Tanzanie Uganda
Rwanda
Malawi
Burundi
Mozanbique
Angola
Zaïre
Namibie
Cameroun
Gabon
Sénégal-Gambie
Côte d'Ivoire
Bénin
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988
Année d'apparition de la
résistance à la Chloroquine
Distanceenkm
Résistance de
P. falciparum
Chloroquine
1) Variation dans le temps
2) Variation dans l’espace
Propagation
D’après Schapira 1990

28. 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1985 1990 1995 2000
Utilisation
Chloroquine
Résistance
Asie
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

29. 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1985 1990 1995 2000
Utilisation
Chloroquine
Résistance
Asie
Amérique Sud
Résistance
Afrique
1980
Résistance
Asie
Résistance
Afrique 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

30. 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1985 1990 1995 2000
Utilisation
Chloroquine
Résistance
Asie
Amérique Sud
Résistance Quinine
Résistance
Afrique
1980
Méfloquine
Résistance
Asie
Résistance
Afrique de l’Est
Amodiaquine
(Hyde 2005)
Emergence des résistances aux antipaludiques
varie dans le temps et dans l’espace
Résistance
Résistance
Pyr-SDX15 ans
10 ans
7 ans
Apparition des
résistances
Utilisation
d’antipaludique
30 ans
+30 ans

31. 2005
Kenya Tanzanie Uganda
Rwanda
Malawi
Burundi
Mozanbique
Angola
Zaïre
Namibie
Cameroun
Gabon
Sénégal-Gambie
Côte d'Ivoire
Bénin
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988
Année d'apparition de la
résistance à la Chloroquine
Distanceenkm
Sulfadoxine-
pyriméthamine
Résistance de
P. falciparum
Chloroquine
Méfloquine
1) Variation dans le temps
2) Variation dans l’espace
Propagation
D’après Schapira 1990

32. 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1985 1990 1995 2000
Utilisation
Chloroquine
Résistance
Asie
Amérique Sud
Résistance Quinine
Résistance
Afrique
1980
Méfloquine
Résistance
Asie
Résistance
Afrique de l’Est
Amodiaquine
(Hyde 2005)
Emergence des résistances aux antipaludiques
varie dans le temps et dans l’espace
Résistance
Résistance
Pyr-SDX15 ans
10 ans
7 ans
Apparition des
résistances
Utilisation
d’antipaludique
30 ans

33. 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1985 1990 1995 2000
Utilisation
Chloroquine
Résistance
Asie
Amérique Sud
Résistance Quinine
Résistance
Afrique
1980
Méfloquine
Résistance
Asie
Résistance
Afrique de l’Est
Amodiaquine
(Hyde 2005)
Emergence des résistances aux antipaludiques
varie dans le temps et dans l’espace
Résistance
Résistance
Pyr-SDX
Association
Dérivés
Artémésinine
(ACT)
15 ans
10 ans
7 ans
Apparition des
résistances
Utilisation
d’antipaludique
30 ans

34. Foyer de paludisme
Population
plasmodiale
Population
vectorielle
Population
humaine
Transmission

35. Foyer de paludisme
Population
plasmodiale
Population
vectorielle
Population
humaine
Transmission

36. Définition : Transmission Palustre
Nombre de piqûres
infectantes /pers / an
Une mesure du contact
homme--parasite

37. 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

38. Quelle efficacité ?
Population
plasmodiale
Population
vectorielle
Population
humaine
Transmission
??

39. Prévalence
des gènes de
résistance
T
R
A
N
S
M
I
S
S
I
O
N
HOMME VECTEUR
?
+ -

40. Prévalence
des gènes de
résistance
T
R
A
N
S
M
I
S
S
I
O
N
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pression
médicamenteuse

41. Prévalence
des gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pression
médicamenteuse
Immunité
T
R
A
N
S
M
I
S
S
I
O
N

42. Prévalence
des gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pression
médicamenteuse
Immunité
T
R
A
N
S
M
I
S
S
I
O
N
Association
de gènes

43. CYCLE BIOLOGIQUE DE PLASMODIUM FALCIPARUM
Jeune trophozoïte
Trophozoïte
ShizonteMérozoïtes
≈X 10 000
Mérozoïtes
Microgamètes
Macrogamètes
zygote
Ookinète
≈15 à 30 oocystes
Sporozoïtes
Glandes salivaires
≈ 10 à 20 sporozoïtes
≈ 800 à 1000
sporozoïtes
Gamétocyte
Gamétocyte
Recombinaisons
2 à 3j
Multiplication
Clonale
X20/cycle
30mn
Schizontes
5 à 7 j
Gamétocytes
≈10 000
Phase
Hépatique
Phase
Erythrocytaire
Sporogonie

44. CYCLE BIOLOGIQUE DE PLASMODIUM FALCIPARUM
Jeune trophozoïte
Trophozoïte
ShizonteMérozoïtes
≈X 10 000
Mérozoïtes
Microgamètes
Macrogamètes
zygote
Ookinète
≈15 à 30 oocystes
Sporozoïtes
Glandes salivaires
≈ 10 à 20 sporozoïtes
≈ 800 à 1000
sporozoïtes
Gamétocyte
Gamétocyte
Recombinaisons
2 à 3j
Multiplication
Clonale
X20/cycle
30mn
Schizontes
5 à 7 j
Gamétocytes
≈10 000
Phase
Hépatique
Phase
Erythrocytaire
Sporogonie
Chez le vecteur
reproduction sexuée
mélange de l’ADN des
parasites
Chez l’homme
Reproduction asexuée
Multiplication clonale des parasites

45. Prévalence
des gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pression
médicamenteuse
Immunité
T
R
A
N
S
M
I
S
S
I
O
N
Association
de gènes

46. Prévalence
des gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pression
médicamenteuse
Immunité
T
R
A
N
S
M
I
S
S
I
O
N
Allogamie
Recombinaison
génétique
Association
de gènes

47. Prévalence
des gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pression
médicamenteuse
Immunité
T
R
A
N
S
M
I
S
S
I
O
N
Allogamie
Recombinaison
génétique
Association
de gènes
Prévalence

48. Prévalence
des gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pression
médicamenteuse
Immunité
T
R
A
N
S
M
I
S
S
I
O
N
Allogamie
Recombinaison
génétique
Association
de gènes
Prévalence
Autre foyer
de
paludisme
Flux
de gènes

49. Prévalence
des gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pression
médicamenteuse
Immunité
T
R
A
N
S
M
I
S
S
I
O
N
Allogamie
Recombinaison
génétique
Association
de gènes
Prévalence
Autre foyer
de
paludisme
Flux
de gènes

50. Prévalence
des gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pression
médicamenteuse
Immunité
T
R
A
N
S
M
I
S
S
I
O
N
Allogamie
Recombinaison
génétique
Association
de gènes
Prévalence
Autre foyer
de
paludisme
Interventions
Flux
de gènes

51. Prévalence
des gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pression
médicamenteuse
Immunité
T
R
A
N
S
M
I
S
S
I
O
N
Allogamie
Recombinaison
génétique
Association
de gènes
Prévalence
Autre foyer
de
paludisme
Interventions
Flux
de gènes
Contaminations

52. Prévalence
des gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pression
médicamenteuse
Immunité
T
R
A
N
S
M
I
S
S
I
O
N
Allogamie
Recombinaison
génétique
Association
de gènes
Prévalence
Autre foyer
de
paludisme
Interventions
Flux
de gènes
Contaminations

53. 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 ?

54. Structure et surveillance des populations
plasmodiales
1 population homogène pas de structuration

55. Site
sentinelle
Structure et surveillance des populations
plasmodiales
1 site sentinelle pour la de surveillance

56. Site
sentinelle
Structure et surveillance des populations
plasmodiales
Plusieurs populations qui évoluent différemment

57. Site
sentinelle
1 site pour surveiller chaque population
Structure et surveillance des populations
plasmodiales

58. Site
sentinelle
Structure et surveillance des populations
plasmodiales

59. Site
sentinelle
Structure et surveillance des populations
plasmodiales

60. Niveau de Structuration
Détermine le maillage de la
surveillance
Structure et surveillance des populations
plasmodiales

61. Site
sentinelle
Structure et surveillance des populations
plasmodiales
les flux entres populations déterminent la fréquence des
observations

62. Mesure de la structure des
populations plasmodiales

63. Population A Population B
Marqueurs sous pression de sélection
(Médicaments, immunité… modifications
environnementales)
Sensible Résistant
Marqueurs sélectivement neutres
Marqueurs de résistance ou
marqueurs neutres ?

64. 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 ?

65. Population A Population B
Flux de gènes
Migrations
Marqueurs de résistance ou
marqueurs neutres ?

66. Population A Population B
Reproduction sexuée & Recombinaison génétique
Marqueurs de résistance ou
marqueurs neutres ?

67. Population A Population B
Élimination des P. falciparum
avec l’allèle sensible & Sélection
des résistants (pression
médicamenteuse…)
Marqueurs de résistance ou
marqueurs neutres ?

68. Population A Population B
Élimination des P. falciparum
avec l’allèle sensible & Sélection
des résistants (pression
médicamenteuse…)
Marqueurs de résistance ou
marqueurs neutres ?

69. Population A Population B
Conclusions différentes selon le marqueur
observé
Marqueur sous pression de sélection
Population A : ≠ Population B :
Marqueur sélectivement neutres
Population A : = Population B :

70. 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.)

71. 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 G
T 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

72. 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 G
T 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

73. Microsatellites
X 13
X 23
X 9
La taille des microsatellites varie par leur nombre
d’unités de répétition en tandem
 Polymorphisme de taille

74. Microsatellites
Temps de migration = f(taille de l’allèle)
A B
Électrophorèse
PCR - amorce marquée
fluorescente
X 13
X 23
A
B

75. Structure des populations de P. falciparum avec
marqueurs microsatellites : résultats incohérents
Populations
homogènes
(Afrique centrale,
Anderson, 2000)
Zimbabwe
R.D.C.
Ouganda

76. Dissimilitude
Villages—Ville
(SoudanAbdel-Muhsin, 2002)
Populations
homogènes
(Afrique centrale,
Anderson, 2000)
Zimbabwe
Soudan
Khartoum vs. villages
R.D.C.
Ouganda
Structure des populations de P. falciparum avec
marqueurs microsatellites : résultats incohérents

77. Dissimilitude
Villages—Ville
(SoudanAbdel-Muhsin, 2002)
Populations
homogènes
(Afrique centrale,
Anderson, 2000)
Zimbabwe
Soudan
Khartoum vs. villages
R.D.C.
Ouganda
Déséquilibre de liaison
Equilibre de liaison
Structure des populations de P. falciparum avec
marqueurs microsatellites : résultats incohérents

78. Déséquilibre de Liaison génétique
Locus A
Locus B
1 population

79. Déséquilibre de Liaison génétique
Locus A
Locus B
Association aléatoire des allèles
Équilibre de liaison génétique
1 population

80. Déséquilibre de Liaison génétique
Locus A
Locus B
1 population
Association aléatoire des allèles
Équilibre de liaison génétique

81. Déséquilibre de Liaison génétique
Locus A
Locus B
1 population 2 populations
Association aléatoire des allèles
Équilibre de liaison génétique

82. 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

83. Déséquilibre de Liaison génétique
Déséquilibre = proport. [ ] observée – proport.[ ] attendue si 1seule
Liaison génétique population
Locus A
Locus B
1 population 2 populations

84. Populations
homogènes
(Afrique centrale,
Anderson, 2000)
Dissimilitude
Villages—Ville
(SoudanAbdel-Muhsin, 2002)
Déséquilibre de
liaison en zones de
fortes et faible
transmission (Leclerc,
2002; Durand 2003)
Zimbabwe
Soudan
Khartoum vs. villages
R.D.C.
Ouganda
Dakar
Déséquilibre de liaison
Equilibre de liaison
Congo
Structure des populations de P. falciparum avec
marqueurs microsatellites : résultats incohérents

85. 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

86. Choix de nouveaux marqueurs
microsatellites

87. P. falciparum : 900 Microsatellites
Microsatellite tous les 2-3kb, uniformément sur l’ensemble du génome

88. 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

89. Sélection de 60 microsatellites
1) Microsatellites complexes, non basés sur répétitions tri-nucléotidiques
2) Taille comprise entre 50 et 350 bp

90. 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

91. Sélection 17 microsatellites
3) Spécificité : ADN autres Plasmodii et ADN Humain
4) Sensibilité : séquences ADN des régions flanquantes constantes

92. Détermination facile de la taille
Trident « Cathédrale » Double pic

93. Sélection par « auto-stop »
Locus sous
sélection
Microsatellite
Microsatellite
Recombinaisons
Recombinaisons
rares
Microsatellites à distance
de loci sous sélection
Recombinaisons
fréquentes
indépendance
des loci

94. 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
Frequency
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
91 94 98 101 110
Polymorphisme élevé
Puissance d’analyse basse
Polymorphisme bas
Faible discrimination
Taille des allèles
Microsatellites à polymorphisme intermédiaire

95. Sélection de 6 microsatellites
5) Electrophorégrames faciles à lire
6) Microsatellites sur des chromosomes différents
7) Distance entre loci microsatellites et loci sous sélection
8) Polymorphisme intermédiaire

96. Plan
Introduction
Etude 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

97. Etude n°1
Bogreau H, Renaud F, Bouchiba H, Durand P, Assi SB, Henry MC, Garnotel E, Pradines B, Fusai
T, Wade B, Adehossi, E, Parola,P., Kamil,M. A., Puijalon, O., And Rogier, C. Genetic diversity
and 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 ?

98. 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)

99. 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

100. 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

101. Protocole
Dakar
Niamey
Djibouti
Zouen Hounnien
Réseau routier développé entre Dakar et Niamey
Enclavement de Zouen Hounnien
Accessibilité différente

102. Protocole
Dakar
Niamey
Djibouti
Zouen Hounnien
Niveau d’endémicité différent

103. Protocole
Génotypage (6 à 17 microsatellites)  Analyse Factorielle des
Correspondances (AFC)
 Fst (pop comparées 2 à 2)
Djibouti
n(42)
Dakar
n(37)
Zouen Hounnien
n(118)
Niamey
n(43)

104. Analyse Factorielle des Correspondances (AFC)
6 loci microsatellites
-3.0 -1.5 0.0 1.5
AXE I
-1.70
-1.02
-0.34
0.34
1.02
1.70
AXEII
Niamey
Djibouti
Dakar
Sud Danané
Sites
Dissemblance génétique
(Bogreau H. et al. AJTMH 2006)
Zouen Hounnien

105. 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 2
Fst = 1
pas d’échange entre les populations
0 Pas de divergence
<0.05 Differentiation génétique négligeable
0.05-0.15 Modérée
0.15-0.25 Importante
>0.25 Populations très structurées
1 Fixation d’allèles

106. 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
Zouen
Hounnien
Niamey
0 Pas de divergence
<0.05 Differentiation génétique négligeable
0.05-0.15 Modérée
0.15-0.25 Importante
>0.25 Populations très structurées
1 Fixation d’allèles
Différences génétiques entre populations (Fst)

107. 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
Zouen
Hounnien
Niamey
0 Pas de divergence
<0.05 Differentiation génétique négligeable
0.05-0.15 Modérée
0.15-0.25 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)

108. Pas de Différentiation entre
Dakar et Niamey
Réseau routierMigration
humaine
θ=0.189
(0.121-0.265)
θ=0.210
(0.152-0.272)
θ=0.246
(0.166-0.321)
Djibouti
Dakar
Zouen
Hounnien
Niamey
0 Pas de divergence
<0.05 Différentiation génétique négligeable
0.05-0.15 Modérée
0.15-0.25 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)

109. Résultats divergents avec les marqueurs
sélectivement neutres !!
ZIMBABWE
Dakar
DjiboutiNiamey
Zouen
Hounnien
CONGO
OUGANDA
Différents Microsatellites  différents Fst
Différents échantillonnages différents Fst
?
?

110. ZIMBABWE
Dakar
Djibouti
CONGO
OUGANDA
Différents Microsatellites  le même Fst
Différents échantillonnages différents Fst
Résultats divergents avec les marqueurs
sélectivement neutres !!

111. 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

112. Prévalence
des gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pression
médicamenteuse
Immunité
T
R
A
N
S
M
I
S
S
I
O
N
Allogamie
Recombinaison
génétique
Association
de gènes
Prévalence
Migration
humaine
Flux
de gènes
Isolement
Mélange des
populations
?

113. Plan
Introduction
Etude 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

114. Définition : Multiplicité des Infections
Nombre de souches dans
un isolat sanguin

115. Définition : Diversité Génétique
(Hétérozygotie espérée)
Probabilité d’obtenir 2 allèles =
Avec 2 tirages au sort
Population
de Parasites

116. 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

117. Transmission & Génétique des
populations plasmodiales
< 1 p.i/pers/a
Mult.: 1.31
Djibouti
< 1 p.i/pers/a
Mult:1.41
Dakar
< 1 p.i/pers/a
Mult:1.63
Niamey
> 300 p.i/pers/a
Mult: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

118. Prévalence
des gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pression
médicamenteuse
Immunité
T
R
A
N
S
M
I
S
S
I
O
N
Allogamie
Recombinaison
génétique
Association
de gènes
Prévalence
Flux
de gènes
Multiplicité
Isolement
Urbanisation
?
Mélange des
populations

119. Transmission & Génétique des
populations plasmodiales
Fort niveau de transmission
Production locale de diversité génétique
Zouen Hounnien: Fort niveau de transmission P. falciparum
Diversité génétique importante
Djibouti
Niamey
Dakar
Zouen Hounnien H=0.76

120. Transmission & Génétique des
populations plasmodiales
Faible niveau de transmission & savane aride
Djibouti : Faible niveau de transmission P. falciparum
& faible diversité génétique
H=0.53
Djibouti
Niamey
Dakar
Zouen Hounnien H=0.76

121. Transmission & Génétique des
populations plasmodiales
Fort niveau de transmission autour des zones urbaines
Diversité génétique importée !!
Dakar et Niamey : Faible niveau de transmission P. falciparum &
grande diversité génétique
H=0.53
Djibouti
H=0.76
Niamey
H=0.73
Dakar
Zouen Hounnien H=0.76

122. 0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Djibouti Dakar Niamey Danané
Multiplicity
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Heterozygosity
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

123. Prévalence
des gènes de
résistance
HOMME VECTEUR+ -
Incidence
Pression
médicamenteuse
Immunité
T
R
A
N
S
M
I
S
S
I
O
N
Allogamie
Recombinaison
génétique
Association
de gènes
Prévalence
Flux
de gènes
Multiplicité
Isolement
Mélange des
populations
Diversité
génétique
Urbanisation
?
Migration
humaine

124. Etude de la structure des populations
plasmodiales au niveau local

125. Déséquilibre de liaison génétique:
structure locale ?
Conditions pouvant engendrer un déséquilibre de liaison local :
– Structure locale des populations
– Expansion épidémique « clonale » de souches
– …
Sans déséquilibre
de liaison
Zouen Hounnien
Sans déséquilibre
de liaison
Niamey
Sans déséquilibre
de liaison
Dakar
Avec déséquilibre
de liaison
Djibouti

126. Déséquilibre de Liaison génétique
Déséquilibre = proport. [ ] observée – proport.[ ] attendue si 1seule
Liaison génétique population
Locus A
Locus B
1 population
2 populations
(structure locale)

127. 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)

128. Déséquilibre de Liaison génétique
Locus A
Locus B
1 population
1 population expansion
clonale épidémique
25% 90%
Déséquilibre = proport. [ ] observée – proport.[ ] attendue si 1seule
Liaison génétique population

129. Déséquilibre de Liaison génétique
Locus A
Locus B
1 population
1 population expansion
clonale épidémique
25% 25%
Déséquilibre = proport. [ ] observée – proport.[ ] attendue si 1seule
Liaison génétique population
chaque génotype : 1 X 

130. 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

131. BAAB pp
n
nAB
.2−=∆
Proportion of association
Allele A and B observed
Proportion of association
Allele A and B expected
Déséquilibre de Liaison génétique

132. 2
AA p
n
nAA
D −=
Proportion of
homozygote AA observed
Proportion of
homozygote AA expected
Déséquilibre de Liaison génétique

133. 




 +




 +
∆
=
B
D
B
p
B
p
A
D
A
p
A
p
AB
AB
R
Covariance (PA,PB)
Variance PA Excess homozygosity
Déséquilibre de Liaison génétique

134. 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)
Pseudo-R2
C4M79
Pf2689
C4M79
TRAP
C4M79
Pf2802
C4M79
7A11
C4M79
C4M69
Pf2689
TRAP
Pf2689
Pf2802
Pf2689
7A11
Pf2689
C4M69
TRAP
Pf2802
TRAP
7A11
TRAP
C4M69
Pf2802
7A11
Pf2802
C4M69
7A11
C4M69
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3




 

135. Conclusion étude n°1
Structure à l’échelle du continentale et régionale
Urbanisation 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 )

136. Plan
Introduction
Etude 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

137. Merci de votre attention