Cette thèse contribuera à produire des connaissances qui permettront d’accompagner le changement de pratiques, notamment en termes de gestion intégrée de la santé et du bien-être dans les élevages de volailles plein-air.
Encadrement
- Marie-Hélène Pinard-van der Laan (DR, HDR ; directrice de thèse)
- Fanny Calenge (CR, animatrice d’équipe ; co-encadrante)
Lieu de la thèse
- UMR GABI, INRAE, Centre de Jouy-en-Josas, Domaine de Vilvert
- Equipe GeMS : « Génétique, Microbiote, Santé »
Financement
- 50% INRAE (métaprogramme Holoflux) et 50% NOVOGEN. Contrat INRAE.
Résumé
La vaccination est l’une des méthodes préventives les plus efficaces pour lutter contre les maladies infectieuses en élevage. Cependant les variations génétiques et les variations du microbiote intestinal influent sur l’efficacité de la réponse vaccinale. En outre les variations génétiques de l’hôte impactent celles du microbiote. Enfin l’influence de l’élevage en plein-air des animaux sur la réponse vaccinale est à ce jour peu connue. Or il est en plein essor, notamment pour son effet supposé sur l’amélioration du bien-être animal. Combiner sélection génétique et modulation du microbiote afin d’améliorer et homogénéiser la réponse vaccinale en élevage plein-air serait une approche novatrice, répondant à un fort enjeu sociétal et sanitaire.
Pour mieux comprendre comment les interactions complexes entre microbiote et génétique impactent la réponse vaccinale, le (la) doctorant(e) étudiera le contrôle génétique de la réponse vaccinale et du microbiote intestinal dans une cohorte de 400 poules pondeuses élevées en plein-air en conditions expérimentales. Des mesures de paramètres immunitaires, de réponse vaccinale, de composition du microbiote caecal et de comportement seront effectuées avec l’appui d’immunologistes et de comportementalistes. Les données individuelles de génotypage permettront de mener des analyses d’association (GWAS) et ainsi identifier les régions génomiques impliquées dans le contrôle génétique de ces caractères. La comparaison des architectures génétiques des différents caractères permettra de mieux comprendre les interactions entre caractères, et de faire une première évaluation de la faisabilité d’une sélection génétique pour une meilleure réponse vaccinale. En parallèle, une étude d’association entre variabilité du microbiote caecal et phénotypes sera menée (MWAS). Elle permettra de comprendre la part de la variabilité de réponse vaccinale expliquée par le microbiote et d’évaluer l’intérêt d’une approche basée sur la modulation du microbiote.
Contexte
La vaccination est la stratégie la plus efficace pour la prévention des maladies infectieuses. Pourtant son efficacité pourrait être améliorée, car la plupart des vaccins présentent une efficacité variable à l’échelle individuelle. En élevage, la variabilité génétique de la réponse aux vaccins a été mise en évidence, soit en sélectionnant cette réponse avec succès, soit en estimant son héritabilité. D’un autre côté, la variabilité du microbiote intestinal influe probablement sur la réponse vaccinale, mais ce n’est pas démontré de façon évidente chez la Poule. Le microbiote intestinal interagit avec l’hôte sous la forme d’une relation symbiotique étroite. Les variations du microbiote intestinal influencent de nombreux caractères chez les animaux d’élevage, dont les caractères de santé. Dans une approche de gestion intégrée de la santé, combiner l’effet de la génétique sur l’immunocompétence avec celui du microbiote intestinal à l’utilisation de produits pharmaceutiques et au management, pour améliorer sur la réponse vaccinale pourrait donc constituer une stratégie novatrice, prenant en compte le nouveau concept d’holobionte.
Le projet répond à des enjeux socio-économiques de plus en plus prégnants. Améliorer l’immunocompetence des animaux est crucial pour prévenir la propagation des pathogènes infectieux et diminuer le recours aux médicaments. Par ailleurs le marché des vaccins vétérinaires est colossal ; améliorer l'efficacité des vaccins en adoptant une médecine vétérinaire plus personnalisée revêt un intérêt direct pour ce marché. Ensuite, l’efficacité des programmes d'amélioration génétique est essentielle à la compétitivité des filières d'élevage. La découverte de marqueurs prédicteurs d’une meilleure santé et l'identification de la variabilité génétique sous-jacente, associées à des conseils nutritionnels permettant de moduler un microbiote favorable, permettrait de concevoir des programmes de sélection innovants intégrant une amélioration de la santé et de la robustesse. Enfin, les attentes sociétales revendiquent des filières de production plus responsables, avec notamment l’essor des filières « bio ». La recherche doit contribuer à cette évolution, et cette thèse contribuera à produire des connaissances qui permettront d’accompagner le changement de pratiques, notamment en termes de gestion intégrée de la santé et du bien-être dans les élevages de volailles plein-air.
Etat de l’art scientifique – originalité du projet
Il est établi que les variations génétiques de l’hôte contrôlent une partie de la réponse vaccinale, notamment par des travaux menés dans l’équipe d’accueil sur des lignées expérimentales de Poule sélectionnées génétiquement pour leur forte réponse au vaccin contre le virus de la maladie de Newcastle (NDV) (Minozzi et al. 2007, 2008). D’un autre côté, l’effet du microbiote intestinal sur la réponse vaccinale est probable chez la poule, mais pas encore clairement démontré. Chez la poule, la santé est le résultat d’interactions complexes entre le microbiote intestinal et l’immunité de l’hôte (Broom and Kogut 2018). Le microbiote intestinal a été identifié depuis longtemps pour son effet protecteur contre la colonisation par des salmonelles par un phénomène d’exclusion compétitive. Son implication a été montrée depuis pour le contrôle de plusieurs autres pathogènes, pas tous intestinaux (Clavijo et al. 2018). Par ailleurs de nombreux travaux chez la poule montrent que le microbiote du tube digestif influence la réponse immunitaire (Broom and Kogut, 2018 ; Kogut et al 2020). L’impact de la composition du microbiote intestinal sur la réponse vaccinale commence à être établi chez l’Homme mais reste à démontrer chez la poule. Des résultats obtenus dans l’équipe d’accueil montrent que la vaccination a un effet sur la composition du microbiote de la poule (Borey et al, 2022), montrant ainsi la probable existence d’un lien fonctionnel entre vaccination et microbiote dans un contexte infectieux (virus de la bronchite infectieuse). Il reste à démontrer l’existence d’un effet de la composition du microbiote sur la réponse vaccinale en contexte non infectieux.
La composition du microbiote intestinal est très dynamique sous l’influence de nombreux facteurs de variations, qui sont tous susceptibles d’influencer par le biais du microbiote l’expression des nombreux caractères qu’il régule. Parmi eux l’alimentation est l’un des plus importants, ainsi que l’usage de divers additifs alimentaires (probiotiques, prébiotiques, post-biotiques, huiles essentielles etc). Le système d’élevage (Chen et al 2019) et la génétique de l’hôte (Calenge et al, 2020a ; 2020b) ont également un rôle à jouer. Enfin on peut expérimentalement changer le microbiote des poulets en leur administrant de fortes doses d’antibiotiques (par exemple Schokker et al., 2017 ; Wisselink et al., 2017).
Lors de la première phase du projet Vaccibiota, nous avons démontré l’impact de de la lignée génétique et du mode d’élevage (intérieur vs extérieur) sur le microbiote et la réponse vaccinale (Lecoeur et al, Journées de la Recherche Avicole, Tours, 2022 ; Lecoeur et al, WC-GALP, Rotterdam, 2022). Cette thèse porte sur la deuxième phase du projet Vaccibiota, qui vise à approfondir notre compréhension du rôle de la génétique et du microbiote caecal dans les variations de réponse vaccinale, de comportement et de paramètres immunitaires.
Ce projet de thèse est original et innovant sur de nombreux aspects, dont trois principaux :
(1) Il étudie l’holobionte, et pas seulement l’animal. Jusqu'à présent, l'intérêt de la génétique et du microbiote comme leviers sur les réponses vaccinales ont été étudiés en tant que facteurs individuels, mais jamais en combinaison à notre connaissance.
(2) Cette interaction entre génétique et microbiote sera étudiée dans un élevage plein-air, dont on ignore l’effet sur la réponse vaccinale et tous les autres paramètres mesurés (comportement, paramètres immunitaires).
(3) Le projet prendra en compte le bien-être animal, ce qui permettra d’identifier des leviers d’améliorations de la réponse vaccinale compatibles avec le bien-être animal et permettra d’établir d’éventuels liens avec la composition du microbiote intestinal.
Questions de recherche
Le (la) doctorant(e) répondra principalement aux questions suivantes :
- Quelle est l’architecture génétique de la réponse vaccinale, de la composition du microbiote et du comportement dans la population de poule étudiée ?
- Existe-t’il des régions génomiques communes entre ces caractères ?
- Quelles parts de la variabilité phénotypique peut-on attribuer pour chaque caractère a) aux variations génétiques et b) aux variations du microbiote caecal ?
Matériel et méthodes
Les analyses effectuées durant la thèse reposeront sur des données majoritairement acquises avant son démarrage grâce à une expérimentation menée dans le cadre du projet France Futur Elevage Vaccibiota2. Une cohorte de 400 poules issues d’une lignée commerciale fournies par l’entreprise Novogen aura été élevée à l'unité INRAE PEAT (Nouzilly), au sol et avec un accès plein-air à partir de douze semaines d’âge. Au démarrage de la thèse, les séquences des amplicons 16S V3-V4 des ADN du microbiote caecal de poule auront été obtenues. Les animaux auront été génotypés. Les mesures de réponse vaccinale auront été acquises pour la plupart avant le démarrage de la thèse mais une contribution à leur acquisition serait souhaitable. Des mesures de comportement auront été acquises par les partenaires experts du projet Vaccibiota (UMR PRC et Institut Technique d’Aviculture). La personne recrutée pour la thèse mettra en relation les données de génotypage avec les données phénotypiques (réponse vaccinale et microbiote en priorité, paramètres immunitaires et comportement ensuite) afin de mener des analyses d’association (GWAS) dans la cohorte et ainsi comprendre comment les variations génétiques de l’hôte contrôlent les phénotypes. Par ailleurs elle effectuera des études d’association entre variation des composantes du microbiote intestinal et les mêmes phénotypes, pour comprendre la part du microbiote intestinal dans les variations phénotypiques.
Compétences nécessaires au démarrage de la thèse
Ces analyses nécessiteront des compétences en bio-informatique, biostatistiques et génétique quantitative. Une formation en génétique quantitative est préférée.
Il est attendu que la personne recrutée soit de nature curieuse et ouverte, dans un contexte de thèse résolument interdisciplinaire.
Environnement de travail
Cette thèse permettra au (à la) doctorant(e) de se former aux analyses d’association utilisées à la fois en génétique quantitative (GWAS) et en microbiologie (MWAS), dans un contexte très interdisciplinaire. Le (la) doctorant(e) acquerra des compétences en matière d’immuno-phénotypage ; microbiologie ; analyse bio-informatique et biostatistique de données de séquençage du microbiote ; mesures de bien-être ; biostatistiques. Cette thèse sera financée pour moitié par l’entreprise Novogen, ce qui assurera à la recrue une visibilité dans le monde de l’entreprise de la filière avicole et lui permettra de mieux comprendre les pratiques actuelles en sélection avicole.
Le travail de thèse sera effectué au sein de l’équipe GeMS de l’unité GABI, à Jouy-en-Josas, avec l’encadrement de Marie-Hélène Pinard-van der Laan et Fanny Calenge. La recrue disposera de tout le matériel nécessaire à son travail et pourra s’appuyer sur l’expertise de l’équipe en immunogénétique, bio-informatique, génétique, biostatistiques. Un appui hors-équipe sera possible pour les autres disciplines avec les partenaires du projet Vaccibiota, et des formations en bioinformatique et biostatistiques seront possibles (R, analyses 16S). La personne recrutée sera invitée à participer aux réunion et réseaux dans lesquels s’inscrit ce travail (notamment métaprogrammes Sanba et Holoflux). + présentations/participations aux congrès pertinents
Références bibliographiques
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Borey M, Bed'Hom B, Bruneau N, Estellé J, Larsen F, Blanc F, der Laan MP, Dalgaard T, Calenge F. 2022. Caecal microbiota composition of experimental inbred MHC-B lines infected with IBV differs according to genetics and vaccination. Sci Rep. 2022 Jun 15;12(1):9995.
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