2. Biologie de la tsé-tsé

(a) Elevage de mouches tsé-tsé

(b) Taxonomie, anatomie, physiologie, biochimie

[Cf. aussi 27: no. 12702]

Les glossines (Diptera: Glossinidae) sont les vecteurs de plusieurs espèces de trypanosomes pathogènes en Afrique tropicale. La trypanosomose humaine africaine (THA) est une zoonose causée par Trypanosoma brucei rhodesiense en Afrique de l’Est et par T. b. gambiense en Afrique de l’Ouest et en Afrique centrale. Environ 100 000 cas nouveaux sont signalés chaque année et un nombre de cas beaucoup plus élevé n’est probablement pas détecté. Soixante millions de personnes vivant dans 36 pays sont menacés par l’infection. Récemment, la trypanosomose à T. b. gambiense est devenue un problème majeur pour la santé publique en Afrique centrale, notamment dans la République Démocratique du Congo, en Angola et dans le sud du Soudan où une guerre civile a entravé les efforts de lutte. Les trypanosomes africains causent également le nagana chez le bétail. T. vivax et T. congolense sont des pathogènes majeurs des bovins et des autres ruminants alors que T. simiae cause une mortalité élevée chez les porcs domestiques; T. brucei affecte tout le bétail et a des effets particulièrement graves chez les équins et les chiens. La lutte contre la glossine vecteur est essentielle pour contrôler ces maladies et elle devrait être très efficace puisque les trypanosomes dépendent de ce seul insecte pour leur transmission. Cependant, la superficie infestée par les glossines s’est accrue au cours du dernier siècle. Les progrès récents des technologies moléculaires et leur application aux insectes ont révolutionné le domaine de la biologie du vecteur et on espère que de nouvelles approches de ce type forment la base des stratégies futures de lutte antiglossinaire. La présente communication examine les connaissances biologiques sur le développement des trypanosomes dans la glossine dans le contexte de la physiologie du système digestif et les interactions entre les défenses immunitaires et la flore symbiotique.

Une étude des anomalies de la reproduction a été faite par la dissection of 11 012 glossines capturées pendant un an dans les différents habitats forestiers de Glossina palpalis palpalis, à Daloa en Côte d’Ivoire. La proportion de femelles avec des anomalies de la reproduction était très faible, de l’ordre de 0,79 pour cent. Sur 87 glossines présentant des anomalies, 93,10 pour cent étaient dues à des avortements, 5,77 pour cent à des blocages d’ovulation et 1,13 pour cent à des pupaisons in utero. Les anomalies de la reproduction étaient enregistrées dans toutes les classes d’âge: 0,78 pour cent chez les jeunes pares (sur un échantillon de 6 398 glossines) et 0,80 pour cent chez les vieilles pares (sur un échantillon de 4 614 glossines). Nos résultats indiquent que les anomalies surviennent à n’importe quel stade du cycle de gestation de la femelle. Il est proposé d’augmenter les anomalies de la reproduction à l’aide de substances chimiques afin d’améliorer l’efficacité des cibles imprégnées d’insecticides («pour-on», pièges et écrans) utilisées dans la lutte antiglossinaire en zone forestière.

Dans une étude précédente, la comparaison du comportement de Glossina morsitans morsitans ténérales sur le cob des marais, Kobus defassa (un hôte réfractaire) et sur deux hôtes préférés, le buffle, Syncerus caffer, et le bœuf, Bos indicus, a suggéré la présence d’allomones dans l’odeur du cob des marais. Un examen des odeurs volatiles par une détection électroantennographique associée à une chromatographie gazeuse a indiqué que les récepteurs des antennes des glossines détectaient des constituants communs aux trois bovidés (phénols et aldéhydes) ainsi qu’une série de composés spécifiques au cob des marais, y compris des cétones de méthyle C₈-C₁₃, de l’octalactone-ä et des phénols. Dans cette étude, les réactions comportementales des G. m. morsitans ténérales à différents mélanges de ces composés ont été évaluées dans un tunnel aérodynamique avec choix de sortie. Les réactions des glossines à des mélanges connus ou putatifs d’attirants (ces derniers comprenant des constituants actifs électroantennographiquement, communs aux trois animaux et ceux communs au buffle et au bœuf, à l’exclusion des attirants connus de la glossine, 4-méthylphénol et 3-n-propylphénol) et à une odeur répulsive putative (le mélange de composés actifs électroantennographiquement, spécifique aux volatiles du cob des marais), étaient différentes. Une différence majeure avait trait à leurs comportements initiaux et finaux. Lorsqu’une sélection de mélanges attirants (connus ou putatifs) et d’air propre était présentée, les glossines réagissaient initialement en volant face au vent vers la source d’odeur mais par la suite elles se déplaçaient sous le vent et se reposaient de chaque côté du tunnel, avec une certaine préférence pour le côté avec les traitements olfactifs. Toutefois, lorsqu’on leur donnait le choix entre un mélange spécifique au cob des marais (odeur répulsive putative) et de l’air propre, la réaction initiale des glossines paraissait aléatoire; les glossines volaient face au vent des deux côtés du tunnel mais se posaient éventuellement sur le côté sans odeur du tunnel. Les glossines qui volaient jusqu’à la plume d’odeur démontraient un comportement d’aversion au mélange. Les résultats corroborent les indications précédentes de l’existence d’un mélange répulsif pour les glossines dans l’odeur corporelle du cob des marais et de constituants attirants supplémentaires dans les odeurs corporelles du buffle et du bœuf.

Le tissu adipeux et les hémocytes jouent un rôle central dans les réactions cellulaires et humorales à des infections systémiques chez les invertébrés, similaire aux cellules hépatiques et sanguines des mammifères. Les surfaces épithéliales, en particulier le mésogastre, participent aux réponses immunitaires locales initiales afin d’aider à générer les molécules cytotoxiques terminales qui permettent la reconnaissance des substances étrangères. Nous décrivons ici pour la première fois les réactions immunitaires d’un groupe de cellules à la jonction entre la partie antérieure de l’intestin et le mésogastre, connue sous le nom de proventricule chez l’insecte important du point de vue médical et agricole, la glossine (Glossina). Nous fournissons des indications de l’induction transcriptionnelle des peptides antimicrobiens, l’attacine et la défensine, ainsi que de la synthase de l’oxyde nitrique (NOS), un intermédiaire réactif de l’azote, lors d’une exposition à des microbes soit par microinjection, soit lors de l’alimentation. Le proventricule des glossines dont le système immunitaire a été sollicité présentait également des activités de NOS et d’oxyde nitrique plus élevées ainsi que des niveaux accrus de l’intermédiaire réactif de l’oxygène, le péroxyde d’hydrogène (H₂O₂). Dans plusieurs systèmes de vecteurs pathogènes, y compris les glossines et les trypanosomes africains, la stimulation des réactions systémiques avant l’acquisition des pathogènes s’est avérée réduire la transmission de la maladie. En outre, l’induction des réactions immunitaires systémiques a été documentée tandis que les pathogènes sont toujours en train de se différencier dans l’environnement du mésogastre. Alors que les indications d’une communication moléculaire étroite entre les réactions locales et systémiques s’accumulent, les signaux moléculaires qui causent ces interactions restent inconnus actuellement. Des intermédiaires réactifs comme NO ou H₂O₂ peuvent fonctionner en tant que signaux immunologiques pour causer la communication moléculaire entre les différents compartiments des insectes. Nous discutons le rôle putatif du proventricule dans l’immunité des invertébrés et nous avançons des hypothèses en particulier sur sa signification pour la tranmission des trypanosomes chez les glossines.

Wigglesworthia glossinidia brevipalpis, l’endosymbionte bactérien essentiel de la glossine Glossina brevipalpis, est caractérisé par une réduction extrême du génome et un biais de composition des nucléotides AT. Dans ces travaux, des analyses statistiques multivariées sont utilisées pour tester l’hypothèse selon laquelle un biais mutationnel et une dérive génétique façonnent l’utilisation de codons synonymes et l’utilisation d’acides aminés de Wigglesworthia. Les résultats indiquent que les modes d’utilisation des codons synonymes varient peu dans tout le génome et ne distinguent pas de gènes avec des niveaux d’expression putatifs élevés et faibles, ce qui indique donc une absence de sélection translationnelle. Un biais extrême de composition AT dans l’ensemble du génome régit également l’utilisation relative des acides aminés mais des gènes pour lesquels un niveau d’expression élevé est prédit (protéines ribosomales et chaperonines) utilisent des acides aminés riches en GC plus fréquemment que les gènes à niveau d’expression faible. Les niveaux et la configuration des différences d’acides aminés entre Wigglesworthia et Escherichia coli ont été comparés pour tester l’hypothèse selon laquelle les profils d’acides aminés relativement riches en GC des gènes à niveau d’expression élevé reflètent une plus grande conservation des acides aminés dans ces loci. Cette hypothèse est appuyée par des niveaux réduits de divergence de protéines dans des gènes de Wigglesworthia pour lesquels un niveau d’expression élevé est prédit et des configurations similaires de changements d’acides aminés à travers les catégories d’expression. Lorsqu’on les combine, les résultats suggèrent que l’utilisation des codons et des acides aminés dans le génome Wigglesworthia reflète un important biais mutationnel AT et des niveaux élevés de dérive génétique compatibles avec les effets attendus d’un style de vie endosymbiotique et de goulets d’étranglement répétés de la population. Toutefois, ces impacts de mutation et de dérive sur la composition des acides aminés dans les gènes à niveau d’expression élevé sont apparemment atténués par la sélection.

Les glossines transmettent la trypanosomose africaine, ce qui résulte en un demi million de cas par an. La trypanosomose chez les animaux (nagana) continue à freiner considérablement le développement agricole en Afrique. Alors que la biologie des trypanosomes est très étudiée, les connaissances sur les glossines sont très limitées, en particulier au niveau moléculaire. Cela entrave sérieusement les recherches sur les interactions entre les glossines et les trypanosomes. Nous avons entrepris un projet d’étiquetage de la séquence exprimée (EST) sur le mésogastre de glossines adultes, qui est l’organe majeur pour l’établissement et le début du développement des trypanosomes. Au total, 21 427 étiquettes ont été produites à partir du mésogastre de Glossina morsitans morsitans adultes et regroupées en 8 876 groupes ou singletons représentant potentiellement des gènes uniques. Des fonctions putatives ont été attribuées à 4 035 de ceux-ci par homologie. Sur ceux-ci, un nombre remarquablement élevé, 3 884, avait leurs correspondants les plus significatifs dans la base de données des protéines de Drosophila. Nous avons sélectionné 68 gènes avec des fonctions putatives liées à l’immunité, nous les avons soumis à un macroréseau et déterminé leurs profils d’expression suite à une exposition à des bactéries ou à des trypanosomes. Dans ces deux infections, de nombreux gènes sont atténués, ce qui suggère une réaction de malaise dans le mésogastre. L’exposition aux trypanosomes et aux bactéries résulte en une amplification de différents gènes, ce qui suggère que différentes voies de reconnaissance sont impliquées dans les deux réponses. Le bloc de gènes le plus remarquable, amplifié en réponse à une exposition aux trypanosomes, consiste en une série de gènes Toll et Imd et en une série de gènes impliqués dans des réactions de stress d’oxydation. Le projet accroît de 100 fois le nombre de gènes de Glossina connus. L’identification des gènes putatifs de l’immunité et leur caractérisation préliminaire fournissent une ressource pour la dissection expérimentale des interactions entre les glossines et les trypanosomes.

La procycline EP et GPEET, les principales glycoprotéines de surface des formes procycliques de Trypanosoma brucei, sont tronquées par des protéases dans le mésogastre de la glossine Glossina morsitans morsitans. Nous montrons que des extraits solubles provenant des mésogastres des glossines ténérales contiennent des enzymes de type trypsine qui divisent les domaines terminaux N des parasites vivants tirés de cultures. Le même extrait présente peu d’activité contre une glycoprotéine variable de surface sur la forme sanguine vivante de T. brucei (MITat 1.2) et aucune activité contre une protéine d’acide glutamique riche en alanine, une glycoprotéine de surface majeure des formes procycliques de Trypanosoma congolense bien que ces protéines contiennent des sites potentiels de division de la trypsine. La filtration sur gel des extraits de mésogastre des glossines révélait trois pics d’activité tryptique contre les procyclines. La trypsine à elle seule serait suffisante pour réaliser la division de GPEET à un seul résidu d’arginine chez la glossine. Par contre, le traitement d’EP dans des sites multiples nécessiterait des enzymes supplémentaires qui pourraient seulement être induits ou activés au cours de l’alimentation ou de l’infection. Chose inattendue, les optima de pH pour à la fois la réaction de division de la procycline et la digestion du substrat synthétique, Chromozym-TRY, spécifique à la trypsine étaient extrêmement alcalins (pH 10). Des mesures directes du pH ont été effectuées dans différents compartiments de l’appareil digestif des glossines. Nous concluons que le pH de l’intestin des glossines ténérales, du proventricule à l’intestin postérieur, est alcalin, ce qui contredit les mesures précédentes qui indiquaient qu’il était légèrement acide. Lorsque l’on analysait les glossines 48 h après leur premier repas de sang, un gradient du pH du proventricule (pH 10,6 ± 0,6) au mésogastre postérieur (pH 7,9 ± 0,4) a été observé.

Une étude ultrastructurale du cœur de la glossine Glossina morsitans et de plusieurs autres espèces de mouches cyclorraphan a révélé que la région ventrale du cœur des mouches adultes est soutenue par un septum musculaire qui n’est pas présent au stade larvaire. Le septum péricardique du cœur adulte est composé latéralement de muscles alaires et d’un muscle longitudinal central qui s’étend sur la longueur de l’aorte abdominale, alors que le cœur des larves est soutenu ventralement seulement par des muscles alaires et des bandes de tissu connectif. Par conséquent, contrairement au stade larvaire et au cœur d’autres insectes, le septum péricardique des mouches cyclorraphan contient une bande centrale de muscle longitudinal qui forme un grand sinus péricardique entre le septum et le cœur, le long du muscle alaire. Des nerfs neurosécrétoires provenant des nerfs latéraux du ganglion thoracido-abdominal s’étendent dorsalement au septum péricardique où ils forment des jonctions neuromusculaires sur les fibres des muscles du septum péricardique ou traversent le septum et se terminent dans le sinus péricardique, créant ainsi un des plus grands organes neurohémaux chez ces mouches. Chez la glossine, certaines des fibres neurosécrétoires s’étendent également entre les fibres du muscle du myocarde et libèrent leur matériel dans la lumière du cœur.

Glossina pallidipes est un vecteur de la trypanosomose africaine. Nous caractérisons ici huit nouveaux loci microsatellites polymorphes dans 288 G. pallidipes échantillonnées dans 12 populations du Kenya. Le nombre d’allèles par locus allait de quatre à 36, avec une moyenne de 20,5 ± 10,1. Les hétérozygosités attendues dans un seul locus allaient de 0,044 à 0,819. L’hétérozygosité était en moyenne de 0,616 ± 0,246. Aucun déséquilibre de liaison n’était trouvé. Nous signalons également les résultats estimés dans huit autres espèces de glossines en utilisant les amorces mises au point chez G. pallidipes. Les amorces fonctionnaient le mieux chez G. swynnertoni et G. austeni et le moins bien chez G. m. morsitans et G. m. submorsitans.

Des Glossina palpalis gambiensis (Diptera: Glossinidae) ténérales ont été infectées avec une culture de formes procycliques de Trypanosoma brucei gambiense en utilisant une technique d’alimentation sur membrane d’un seul repas de sang. L’infection était surveillée en analysant les gouttes de salive (infection mature) et les gouttes anales (infection du mésogastre) de chaque glossine à différents moments après l’infection à la fois par observation au microscope et par amplification en chaîne par la polymérase (ACP). L’amplification révélait beaucoup plus de gouttes anales positives que la microscopie. La surveillance indiquait que l’établissement de T. b. gambiense dans Glossina avait lieu au moins 11 jours après l’infection et que la maturation se produisait après 29 jours. Elle reflétait également de façon précise l’état parasitaire de chaque glossine, déterminé par la dissection, l’examen au microscope et l’amplification en chaîne par la polymérase des mésogastres et des glandes salivaires 47 jours après l’infection. Deux fois plus de glossines avec une infection mature des glandes salivaires étaient révélées par ACP que par l’examen au microscope mais les deux techniques donnaient exactement les mêmes résultats en ce qui concerne la proportion de glossines présentant une infection du mésogastre. Cette étude a également démontré la capacité des formes procycliques naturelles non infectieuses de T. b. gambiense à coloniser le mésogastre et à s’établir par la suite dans les glandes salivaires de G. p. gambiensis.

(c) Répartition, écologie, comportement, études de population

[Cf. aussi 27: no.12669]

Un modèle dépendant de la densité est utilisé pour décrire la dynamique d’une population ouverte de glossines. Une immigration (ou une émigration) a lieu lorsque la population totale est inférieure (ou supérieure) à une valeur seuil déterminée biologiquement. La population est également soumise à des taux de natalité et de mortalité ainsi qu’au risque de piégeage (continu ou intermittent). Au cours du piégeage, la population diminue sur la voie d’une population à équilibre «faible» et lorsque le piégeage cesse, la population commence à se rétablir et à augmenter vers un équilibre «élevé». Le modèle est ajusté à l’aide de données recueillies sur des glossines piégées dans quatre expériences. La première a été effectuée avec un piégeage intermittent (c’est-à-dire plusieurs cycles de piégeage-rétablissement) de Glossina fuscipes fuscipes en République centrafricaine (région de Bangui). Dans les autres expériences, les données sur le piégeage de Glossina palpalis palpalis ont été recueillies sous une forme «agrégée», plusieurs jours à la fois. Deux de ces expériences étaient effectuées au Congo-Brazzaville (région de Bouenza) et une en Côte d’Ivoire (foyer de Vavoua). Des estimations ont été tirées des valeurs d’équilibre faibles et élevées ainsi que du taux de piégeage. L’effet estimé d’un piégeage prolongé est une réduction de la population à des valeurs d’équilibre faibles qui sont 85 à 87 pour cent plus faibles que les niveaux sans piégeage. Les effets de l’accroissement intrinsèque naturel et des flux de migration ne peuvent pas être estimés séparément car ils sont mathématiquement indiscernables dans le modèle.

Des observations sur le parasitisme de Glossina palpalis palpalis par Hexamermis glossinae ont été effectuées sur une période d’une année en capturant des glossines à Abengourou, Aboisso et Daloa (zone forestière de Côte d’Ivoire). Aucun parasite n’a été observé dans les 2 168 Glossina palpalis palpalis capturées à Abengourou ni dans les 9 732 glossines capturées à Aboisso. A Daloa, la dissection de 7 341 Glossina révélait 1,75 pour cent de glossines parasitées. Tous les vers étaient situés dans la cavité abdominale, entrelacés lâchement avec les organes internes. Les mâles présentaient un taux d’infestation plus élevé que les femelles (2,68 pour cent contre 1,26 pour cent, respectivement). Les parasites étaient plus abondants chez les glossines nullipares (2,30 pour cent) que chez les jeunes glossines pares (1,19 pour cent) et chez les glossines pares âgées (0,52 pour cent). La plupart des glossines infectées était capturée au début de la saison des pluies (5,17 pour cent) et un petit nombre était capturé pendant la saison sèche (0,23 pour cent). Le faible taux d’infection parasitaire observé ici indique un effet minimun sur la dynamique de la population du vecteur de la maladie du sommeil en Côte d’Ivoire.

Les glossines (Glossina spp.), vecteur de la trypanosomose africaine, sont très attirées par des surfaces bleues et noires. Ce comportement phototactique a été exploité depuis longtemps pour piéger les glossines, une des mesures de lutte contre la trypanosomose africaine. On ne sait toutefois pas pourquoi le bleu et le noir sont des couleurs si attrayantes pour les glossines. Nous suggérons que la combinaison de bleu et de noir est attrayante pour de nombreuses espèces de Glossina parce que lorsqu’elles cherchent un endroit ombragé où se reposer pendant la journée, les glossines sont probablement guidées par la couleur bleue et foncée des ombres pendant la journée. Contrairement à l’idée reçue que les ombres pendant la journée sont incolores, au cours d’une journée ensoleillée, toutes les ombres sont teintées de bleu par la lumière diffusée par le ciel bleu.

Chez les glossines, les deux sexes s’alimentent exclusivement de sang de vertébrés pendant quelques minutes tous les 2 ou 3 jours. Les glossines cherchent à se mettre à l’abri des températures élevées pour conserver leur énergie et des plantes fournissent un refuge aux glossines dans tous les biotopes qu’elles occupent. Récemment, les glossines se sont abritées dans des plantations et sous le buisson envahissant Lantana camara qui a envahi de vastes zones de la ceinture de glossines en Afrique. Des glossines provenant de tels abris sont impliquées dans les épidémies de maladie du sommeil. Dans un tunnel aérodynamique, nous montrons que le feuillage ainsi qu’un extrait des composés volatils du feuillage de L. camara attirent trois espèces de glossines provenant d’habitats différents: Glossina fuscipes fuscipes (ripicole), G. brevipalpis (de forêt) et G. pallidipes (de savane). Une analyse par chromatographie gazeuse des composés volatils extraits des feuilles et des fleurs de L. camara associée à des enregistrements d’électroantennogrammes montrent que 1-octène-3-ol et b-caryophyllène sont les principaux chimiostimulants pour les cellules des récepteurs des antennes des trois espèces de glossines étudiées. Un mélange binaire de ces produits attirait ces glossines dans le tunnel aérodynamique. L’analyse des électroantennogrammes des extraits de L. camara liée à la chromatographie gazeuse montrait également que les cellules des récepteurs des antennes de ces trois espèces de glossines réagissent de façon similaire à des groupes de composés volatils tirés des principales voies biosynthétiques et cataboliques des plantes, c’est-à-dire aux mono- et sesquiterpènes, aux produits de lipoxydation et aux produits aromatiques. Des mélanges de ces composés volatils végétaux attiraient également les glossines dans le tunnel aérodynamique. Ces conclusions indiquent que les glossines ont conservé une forte sensibilité aux produits volatils secondaires des végétaux, ce qui souligne le rôle fondamental de la végétation dans la survie des glossines.

Des études des taux d’infection des trypanosomes chez la glossine Glossina morsitans morsitans ont été faites lorsqu’elle était nourrie in vivo (lapins) ou in vitro avec du sang de bovin défibrinisé stérile, irradié aux rayons gamma, de bonne qualité, obtenu auprès de l’Unité d’Entomologie de l’AIEA. Pour Trypanosoma congolense et T. b. brucei, l’alimentation in vitro réduisait significativement la proportion de glossines qui développaient des infections trypanosomiennes métacycliques matures.