Apprendre du passé : analyse globale et actualisée des données métagénomiques environnementales et bovines provenant d'exploitations bovines

CONTEXTE

À l’échelle mondiale et au Canada, de nombreux projets ont été menés pour étudier les communautés microbiennes dans les parcs d’engraissement bovins à l’aide du séquençage de l’ADN, bien que ces analyses aient été réalisées selon des méthodologies différentes en raison des préférences des chercheurs, d’un accès limité aux technologies, des contraintes logicielles ou d’une simplification exagérée. Grâce à une poussée récente en faveur du partage public des données ADN brutes et traitées, cette équipe a eu l’occasion de revenir sur ces travaux à la lumière des connaissances actuelles afin de potentiellement mieux comprendre la résistance aux antimicrobiens (RAM) dans les parcs d’engraissement en Amérique du Nord. Pour que ces méthodes basées sur le séquençage de l’ADN aient une valeur pour les éleveurs, il est nécessaire de disposer d’une unité commune permettant de quantifier les gènes de résistance aux antimicrobiens (GRA) afin de comprendre les niveaux de ces gènes dans l’environnement et leur corrélation avec la santé des parcs d’engraissement. Cette étude vise à franchir une première étape en réalisant une analyse unifiée et rétrospective des données sur le génome complet et le métagénome bactériens provenant des animaux et des environnements associés aux parcs d’engraissement de bovins de boucherie en Amérique du Nord.

Objectives

• Établir une liste des GRA spécifique aux parcs d’engraissement nord-américains
• Procéder à la quantification et à la comparaison des GRA en fonction des types d’échantillons

Ce qu’ils ont fait

Cette équipe utilisera les données accessibles au public via le National Center for Biotechnology Information (NCBI) pour atteindre ses objectifs. Cet ensemble de données comprend des génomes complets de bactéries collectés au fil du temps auprès de bovins, d’êtres humains et dans l’environnement. L’équipe définira les critères à partir desquels certaines séquences seront incluses dans l’étude et d’autres exclues. Ces critères comprendront des règles garantissant que tous les échantillons sont directement ou indirectement liés à la production de bovins de boucherie en Amérique du Nord.

Une fois l’ensemble de données acquis et filtré de manière appropriée, le laboratoire Ruzzini procédera à une analyse. Dans un premier temps, il rendra compte de la prévalence de gènes de résistance aux antimicrobiens (GRA) spécifiques en fonction de l’agent pathogène auquel ils sont associés, en incluant une comparaison des agents pathogènes responsables de la grippe bovine en Amérique du Nord et dans le reste du monde au cours des deux dernières décennies. Une liste des GRA détectés chez les bovins nord-américains a ensuite été utilisée spécifiquement pour effectuer des recherches dans des ensembles de données métagénomiques. L’identification de ces acteurs clés pour le secteur a ensuite servi à analyser les métagénomes provenant d’animaux et d’environnements de parcs d’engraissement. La détection des GRA dans ces échantillons complexes s’est avérée relativement faible, pour des raisons techniques plutôt que biologiques, ce qui suggère que les approches métagénomiques shotgun ne sont pas appropriées pour la surveillance ciblée et l’épidémiologie. Enfin, ils ont utilisé les données de deux études sur l’utilisation des antimicrobiens (UAM) pour examiner le lien entre l’abondance des GRA et l’UAM, en incluant à la fois les gènes cliniquement pertinents et ceux qui ne sont pas actuellement retrouvés dans les agents pathogènes responsables de la maladie respiratoire bovine.

Ce qu’ils ont appris

L’équipe a découvert que les agents pathogènes responsables de la maladie respiratoire bovine en Amérique du Nord possèdent un ensemble de GRA distinct de celui des agents pathogènes du reste du monde, ce qui reflète les différences d’utilisation des antimicrobiens en Amérique du Nord et ailleurs. L’analyse a mis en évidence une association entre 15 GRA et les bactéries Mannheimia haemolytica et Pasteurella multocida. Un certain nombre de ces GRA n’étaient pas liés à l’UAM dans les parcs d’engraissement, mettant en évidence le regroupement des GRA dans des points chauds d’échange génétique chez les bactéries, qui constituent un risque d’augmentation de la RAM. À l’avenir, la détection fiable des GRA spécifiques à l’industrie dans les métagénomes devrait passer par une étape ciblée d’enrichissement de l’ADN, impliquant l’isolement et le séquençage de régions spécifiques du génome avant l’analyse, afin de se concentrer davantage sur les zones d’intérêt, ce qui rendrait le processus plus efficace. Enfin, l’examen global des données ainsi que la comparaison des ensembles de données obtenus chez des animaux exposés ou non aux antibiotiques ont clairement démontré la corrélation positive entre l’UAM et l’abondance relative des GRA : en d’autres termes, davantage de GRA ont été observés en réponse à l’exposition aux antimicrobiens.

Ce que cela signifie

L’administration et l’efficacité des antibiotiques pour contrôler et traiter les maladies respiratoires bovines (MRB) dans les parcs d’engraissement de bovins de boucherie constituent une préoccupation croissante. La résistance aux antimicrobiens (RAM) chez les agents pathogènes bactériens impliqués dans les MRB fait l’objet d’une surveillance approfondie au Canada et dans le monde entier. Cette analyse rétrospective fournit une liste, spécifique à l’industrie du bœuf, des GRA détectés chez les agents pathogènes opportunistes qui contribuent aux MRB. Les GRA couramment observés chez les agents pathogènes isolés en Amérique du Nord n’étaient pas conservés à l’échelle mondiale, ce qui souligne le lien entre l’UAM au niveau régional et la RAM. Une relation positive a également été observée entre l’abondance relative des GRA dans les métagénomes associés aux bovins plus exposés aux antibiotiques. Dans l’ensemble, cette analyse devrait contribuer à orienter les futurs efforts de surveillance et les conceptions des expériences afin d’évaluer plus directement les impacts des pratiques des parcs d’engraissement sur la RAM.