Contacts in the wild and pathogens spillover

L’augmentation depuis une trentaine d’années des maladies infectieuses dites émergentes ou ré-émergentes chez l’homme, causées à plus de 70% par des pathogènes issus d’espèces hôtes animales (i.e. Ebola, SIDA), stimule l’étude de systèmes éco-épidémiologiques à l’interface entres populations humaines et animales (i.e. sauvages et/ou domestiques).Le contact entre hôtes est un phénomène important dans l’étude de ces systèmes car il permet la transmission des pathogènes entre individus et la diffusion de maladie au sein et entre populations. Nous avons choisi la maladie de la fièvre aphteuse comme modèle d’étude de la transmission de pathogènes des populations sauvages vers les populations domestiques. Le buffle africain (Syncerus caffer) étant le réservoir présumé de cette maladie fortement contagieuse, nous nous sommes interrogés sur les conditions de transfert au bétail (Bos taurus et Bos indicus) du virus aphteux aux frontières de trois parcs nationaux africains qui constituent des interfaces entre espaces anthropiques et protégés perméables aux mouvements d’animaux. Dans le cadre de ce doctorat 4 protocoles ont été mis en place entre 2010 et 2011 au Zimbabwe. Premièrement, des colliers GPS (Global Positionning System) ont été déployés sur des bovins sauvages/domestiques pour décrire leurs déplacements dans le paysage et quantifier les contacts interspécifiques. Des colliers furent également posés sur l’une des espèces prédatrices de ces ongulés: le lion (Panthera leo). L’intégration de la guilde des prédateurs nous a permis d’estimer les modifications de l’utilisation de l’espace par les herbivores en réponse à la présence de carnivores et les conséquences en termes de contacts et de transmission interspécifique de pathogènes. Deuxièmement, un suivi longitudinal sérologique sur le bétail a complété le protocole télémétrique avec des prélèvements répétés sur des individus marqués selon le cycle saisonnier. Troisièmement, les contacts au sein des populations de bovins domestiques ont été caractérisés par des enquêtes auprès des éleveurs. Quatrièmement, le rôle potentiel de la diversité des hôtes sur le risque infectieux d’un écosystème a été exploré par l’estimation de densité de macro-parasites dans le paysage selon une variation de la gamme d’hôtes potentiels (i.e. (i) sauvages, (ii) sauvages et domestiques et (iii) uniquement domestiques).Nos résultats montrent que (1) les taux d’interaction interspécifiques, estimés par télémétrie, varient entre sites et présentent une saisonnalité prononcée (i.e. pic saison sèche chaude). (2) La distribution des ressources conditionne la périodicité et la distribution de ces contacts dans les différents compartiments du paysage. (3) La fréquence des incursions du bétail dans un espace protégé ainsi que les taux de contacts avec les buffles influencent positivement la probabilité d’acquisition d’anticorps anti-aphteux chez le bétail. La probabilité de perte d’anticorps est également fonction du niveau d’interaction avec les buffles mais selon une relation négative. (4) La densité du réseau d’interaction intra-spécifique domestique influence positivement l’incidence sérologique de la fièvre aphteuse. (5) La présence de prédateurs supérieurs dans le paysage permettrait de limiter les incursions du bétail dans les espaces protégés et diminuerait la probabilité d’infection par les populations d’hôtes sauvages. (6) Enfin les densités de macro-parasites dans la végétation sont supérieures dans des espaces communaux sans interaction avec les populations sauvages et où la richesse spécifique des hôtes est plus faible. Les résultats de cette étude sur la transmission interspécifique de pathogènes entre populations sauvages et domestiques dans les écosystèmes tropicaux ouvrent des champs de réflexion encore largement inexplorés, notamment sur l’évolution de la virulence et des modes de transmission des pathogènes ayant comme hôtes des populations sympatriques sauvages et domestiques.Emerging or re-emerging diseases in human populations have increased over the last thirty years. Since 70% of such diseases are caused by pathogens originating from animal hosts (i.e. Ebola, AIDS, and avian influenza), this increase has prompted the study of eco-epidemiological systems that occur at the interface between human and animal populations (i.e. wild and/or domestic). Contacts between hosts are particularly important factors in these systems since they result in pathogen transmission among individuals and, therefore, disease diffusion within and among populations. We used foot-and-mouth disease (FMD) as a model to study pathogen transmission from wild to domestic populations. As the African buffalo (Syncerus caffer) is the presumed reservoir of this highly contagious disease, we examined the conditions in which the virus was transmitted to cattle sensitive to the disease (Bos taurus and Bos indicus) at the borders of African national parks; these areas are interfaces between anthropogenic and protected areas in which animals can move freely.In the context, 4 protocols were implemented between 2010 and 2011 in Zimbabwe. First, GPS (Global Positioning System) collars were placed on cattle and buffalo in order to describe and analyze their movements across the landscape as well as to quantify interspecific contacts. In one of the study sites, collars were attached to one of the predators of these ungulates: the lion (Panthera leo). By integrating the predator guild into our telemetry protocols, we could examine the potential changes in spatial use by cattle and buffalo in response to predator presence and their consequences for contact dynamics and interspecific pathogen transmission. Second, a longitudinal serological survey was conducted in which tagged individuals were sampled repeatedly over the course of different seasons. Third, to characterize contacts within the domestic host population, interviews were conducted with cattle owners regarding their husbandry practices across seasons. Fourth, to describe the potential role of host diversity in ecosystem infection risks, macroparasite density (i.e. ticks) was estimated for landscape compartments that contrasted in terms of potential hosts present (i.e. (i) wild, (ii) domestic and wild, and (iii) domestic only).Our study primarily shows the following results. (1) Interspecific interaction rates, as estimated by telemetry, vary between sites and have a pronounced seasonality (peak occurs during the hot dry season). (2) Resource distribution (i.e. water and grazing areas) seems to condition the frequency and distribution of these contacts in the different landscape compartments. (3) Cattle incursion frequencies into protected areas and the frequency and intensity of contact with buffalo significantly positively affect the probability of foot-and-mouth antibody acquisition in cattle. The probability of antibody loss in cattle is also a function of diminished rates of interaction with buffalo. (4) Intraspecific interaction densities positively influence FMD serological incidence in cattle. (5) Top predator presence in the landscape could limit cattle incursion into protected areas and reduce the likelihood of their being infected by wild host populations. (6) Finally, the estimated densities of macroparasites in the vegetation were higher in communal spaces where there was no interaction with wild hosts and where host species richness was weak.The results of this study on the interspecific transmission of pathogens between wild and domestic populations in tropical ecosystems encourage the exploration of research topics that are still largely unexplored, including the evolution of virulence transmission modes of pathogens hosted by sympatric wild and domestic populations