Impact de l’interaction entre le microbiome respiratoire et le glycome sur la sensibilité des bovins aux infections

Le complexe respiratoire bovin revêt une importance capitale, tant en France que sur le plan international, en raison de son impact sur la santé et le bien-être des animaux, ainsi que des pertes économiques significatives qu’il entraîne. Les principaux agents pathogènes de cette affection sont des bactéries et des virus qui agissent de concert de façon synergique. Chez les animaux en bonne santé, le mucus des voies respiratoires forme une barrière protectrice, composée de mucines et d’un écosystème microbien diversifié, qui joue un rôle crucial dans la prévention de l’invasion pathogène et dans la facilitation de leur élimination. Ces pathogènes exploitent souvent les glycanes présents sur les cellules eucaryotes et les mucines (le « glycome ») pour infecter l’hôte. Alors que chez l’homme, des études indiquent un rôle essentiel du complexe microbiote-glycome respiratoire dans la modulation de la colonisation par les agents pathogènes, les données relatives aux animaux restent encore limitées. Dans ce cadre, l’objectif principal de notre projet est d’explorer les interactions régulatrices entre le microbiome et le glycome des voies respiratoires chez les veaux, et leur réponse à une infection polymicrobienne ainsi qu’à un traitement antibiotique précoce. De manière plus spécifique, ce projet vise à : (1) caractériser les variations temporelles du microbiote et du glycome des mucines respiratoires, (2) identifier les profils de glycome et microbiens post-infection qui sont indicatifs de processus moléculaires liés à l’adhésion et la réplication virales, à la réponse immunitaire, à la guérison ou à la résilience, (3) décrire la dynamique du résistome microbien, et (4) confirmer la corrélation entre les profils de glycanes et le tropisme viral.

Notre projet se distingue par trois innovations majeures. Tout d’abord, il vise à identifier des biomarqueurs microbiens et glycomiques qui sont associés à la réaction, la récupération ou la résilience face aux infections respiratoires et à l’administration d’antibiotiques. Ces biomarqueurs viendront compléter les stratégies conventionnelles telles que la vaccination, les mesures de biosécurité, une nutrition et une hygiène adéquates, le contrôle des vecteurs et les soins vétérinaires réguliers. Ensuite, nous évaluerons les biomarqueurs glycomiques tant in vitro qu’ex vivo, notamment en testant la capacité des virus à se lier aux glycanes et leur potentiel de transmission entre espèces, une donnée actuellement inexistante pour les pathogènes affectant le bétail. Enfin, l’analyse comportementale et l’utilisation de capteurs pour le suivi du bien-être animal pourraient mener à l’identification de nouveaux biomarqueurs pour la détection précoce des maladies. Au-delà de ces avancées, les biomarqueurs glycomiques et microbiens issus d’animaux résistants pourraient conduire au développement de glycanes à effet prébiotique et à la création de consortiums microbiens synthétiques (SynComs), qui seront expérimentés en tant que probiotiques de nouvelle génération.

1/ co-infection expérimentale par voie nasale, à l’aide d’un masque : n = 14 veaux, une seule fois, durée : 8 à 12 minutes ; 2/ administration d’un antibiotique (tilmicosine) par voie orale : n = 14 veaux, 2 fois par jour pendant 4 jours soit 8 administrations au total, durée : 2 minutes maximum par administration ; 3/ prises de sang : n = 28 veaux, 8 prélèvements sanguins/veau, durée : 2 minutes maximum/prélèvement, 4/ écouvillonnages nasaux profonds : n = 28 veaux, 8 sessions/ veau avec, pour chaque session, 3 écouvillons dans chaque narine, durée : 3 minutes maximum/session ; 5/ écouvillonages rectaux : n = 28 veaux, 8 prélevements/veau, avec 2 écouvillons par veau, durée : 15 secondes//prélèvement ; 6/ lavages broncho-alvéolaires : n = 28 veaux, 8 prélèvements/veaux, durée : entre 5 et 10 minutes par prélèvement (en fonction de la acilité d’introduction de la sonde dans la trachée).

La co-infection IDV/BCoV/Mycoplasma bovis, peut provoquer des effets indésirables potentiels sur la santé et le bien-être des veaux : 1/ signes cliniques de maladie respiratoire : toux, écoulement nasal, augmentation de la fréquence respiratoire, difficultés à respirer, hyperthermie, baisse de l’apport alimentaire. 2/ Perte de poids : les veaux peuvent connaître une perte de poids en raison de la combinaison d’une diminution de l’apport alimentaire et des dépenses énergétiques liées à la lutte contre l’infection. 3/ Déshydratation : la fièvre et l’augmentation du rythme respiratoire peuvent contribuer à la déshydratation chez les veaux infectés. 4/ infections bactériennes secondaires (bronchopneumonie alvéolaire) consécutives à un affaiblissement du système immunitaire et aggravant les troubles respiratoires initiaux. 5/ Stress : la manipulation/contention et la collecte d’échantillons peuvent induire du stress chez les veaux. 6/ Changements comportementaux : les veaux infectés peuvent présenter des changements de comportement, tels qu’une activité réduite et des interactions sociales diminuées.

Tous les animaux seront euthanasiés par injection à la fin du projet., afin de réaliser des analyses post mortem sur leurs organes, dont les résultats viendront compléter les données obtenues de leur vivant.

Il n’existe pas de système in vitro capable de simuler fidèlement l’interaction complexe entre les pathogènes respiratoires, le microbiote et les mucines respiratoires. Les cultures in vitro ne permettent pas de reproduire les conditions nécessaires pour l’étude des virus, des mycoplasmes et de l’ensemble des microorganismes et mucines du système respiratoire.

Un effectif de 7 veaux par lots expérimentaux assure la faisabilité de l’étude tout en permettant d’obtenir des données statistiques robustes pour observer un effet potentiel. Cette stratégie s’appuie sur les données d’une étude précédente, dans laquelle un modèle de coinfection IDV-M. bovis avait été utilisé sur de jeunes veaux. Malgré une variabilité individuelle notable dans la réponse clinique, un effectif de 5 animaux avait suffi à démontrer des différences significatives par rapport à des veaux témoins non infectés. Une ANOVA à un facteur a été utilisée pour comparer les moyennes des aires individuelles sous les scores cliniques quotidiens (ACS). Lorsque l’effet du facteur “traitement” était significatif, un test de Newman-Keuls a été utilisé pour comparer les effets des traitements à chaque point de temps. Un test t (test de Mann-Whitney) a également été effectué pour ces paramètres.De plus, les données virologiques et bactériologiques s’étaient révélées relativement homogènes entre les individus, offrant une corrélation directe avec la pathogénicité dans l’appareil respiratoire profond. Par sécurité, nous avons choisi d’inclure 2 veaux supplémentaires par lot afin de pallier d’éventuelles exclusions d’individus pour des raisons sanitaires (infections intercurrentes) ou éthiques (atteinte des points limites).

Les veaux seront logés dans un bâtiment divisé en quatre aires paillées, chacune accueillant 7 animaux et mesurant 60 m². L’environnement sera enrichi avec des jouets robustes et flexibles de différentes matières et couleurs, ainsi qu’avec des bidons et des cônes de chantier pour stimuler leur curiosité. Avant le début de la procédure expérimentale, ils bénéficieront d’une période d’acclimatation à leur nouvel environnement de 14 jours. Si l’un des veaux manifeste des signes de détresse ou d’inconfort lors de l’inoculation intranasale, la nébulisation sera immédiatement interrompue et l’animal sera réconforté puis surveillé jusqu’à récupération complète. Lors de la procédure, les prélèvements seront effectués par des personnes préalablement formées. A chaque point d’étape, les 3 types de prélèvement (prise de sang, écouvillons nasaux, écouvillons rectaux, lavages broncho-alvéolaires) seront réalisés à la suite, de manière à attraper et à contenir une seule fois les animaux. Les prises de sang seront effectuées en alternance à la veine jugulaire droite et à la veine jugulaire gauche, de manière à minimiser les risques de phlébite. Lors des lavages broncho-alvéolaires (LBA), un anesthésique local (lidocaïne) sera pulvérisé sur la muqueuse nasale (Xylocaine spray 10%, 50mL), 2 minutes avant introduction de la sonde dans le naseau et l’extrémité de celle-ci sera enduite d’une pommade anesthésique composée de lidocaïne et prilocaïne, agissant par diffsion et induisant una anesthesie de quelques millimètres (EMLA). Les animaux présentant des symptômes respiratoires marqués à sévères seront exemptés de LBA. Suite à l’infection expérimentale, le comportement et le bien-être des animaux seront évalués quotidiennement. Une surveillance sanitaire rigoureuse sera également assurée par un personnel qualifié : un vétérinaire évaluera l’état clinique de chaque animal deux fois par jour, mesurant la température rectale, la fréquence cardiaque et respiratoire, et notant tout comportement anormal tel que le refus de s’alimenter, l’agressivité, le retrait social ou l’abattement.

Le projet visant à étudier l’impact de l’interaction entre le microbiome respiratoire et le glycome sur la sensibilité des bovins aux infections, il est nécessaire d’utiliser un modèle bovin. Des veaux âgés de 15 à 30 jours seront sélectionnés pour notre étude. Ils seront infectés entre 30 et 45 jours, ce qui correspond à la période critique où les bronchopneumonies infectieuses se manifestent fréquemment dans les élevages bovins sous des conditions naturelles. L’âge de 22-30 jours est particulièrement significatif car il marque le début de la diminution de l’immunité maternelle colostrale, rendant les veaux plus susceptibles aux infections et donc un moment idéal pour étudier la réponse immunitaire face aux agents pathogènes. Cette fenêtre temporelle est donc stratégique pour reproduire les conditions d’apparition des maladies respiratoires et pour évaluer l’efficacité des interventions thérapeutiques.