ViBra-Flu : Virome-Bacteriome-Transcriptome interactions implicated in acute respiratory tract infection in children
ViBra-Flu : Interactions Virome-Bacteriome-Transcriptome impliquées dans les infections respiratoires aiguës chez l’enfant
Résumé
Introduction:Acute respiratory infections (ARI) in children under 5 years are a major cause of mortality and hospitalization. Respiratory microbiome compositions may be associated with disease severity. The main objective of this thesis was to characterize the different viral and bacterial communities of the nasopharyngeal microbiome of children presenting with ARI and their transcriptomic response in order to identify prognostic biomarkers of severity. Methods: In order to validate the extraction method for viral metagenomics method, a technical study was carried out comparing two automated platforms (eMAG; MagNA Pure 24, MP24) and the manual QIAamp Viral RNA (QIAamp) kit using clinical respiratory samples, a MOCK (with five isolated viruses) and a control (NTC). Following these results, a prospective cohort of 144 children <5 years old hospitalized at the Hospices Civils de Lyon (HCL) for influenza-like illness during the winters of 2015-2017 was studied. Nasopharyngeal bacteriome and virome were characterized using metabarcoding and viral metagenomics approaches. Respiratory host transcriptomic responses were analyzed by mRNA-Seq. The prevalence of a ubiquitous viral family of the virome was validated by viral metagenomics on a second pediatric cohort of children with ARI.Results:On the technical side, eMAG gave the best results, minimizing cross-contamination and contamination from reagents. This method was chosen for the rest of the virome analyses in this thesis. Virome and transcriptome analyses were carried out on children <7 months hospitalized for RSV bronchiolitis, in order to study a homogeneous cohort. After quality filtering, microbiome results were available for 79 children for bacteriome and 53 for virome; and transcriptome profiles for 36 children. Profiles dominated by the genera Haemophilus, Moraxella and Streptococcus were the most prevalent, but not significantly associated with severity. 77% of patients had one or several co-infections with a respiratory virus (the most frequent are Picornaviridae, Coronaviridae, Orthomyxoviridae). Expression of immune and inflammatory cytokine genes was not associated with bronchiolitis severity or viral co-infections in host transcriptome analysis. In this cohort, the Anelloviridae were the most frequent eukaryotic virus family (in 66% of patients), with the TTMV genus in majority. Some species, such as TTMV3, 6 and 9, were associated with the severity of bronchiolitis.This prevalence of TTMV was validated in a second cohort of children (median age: 12 months) hospitalized for ARI of unknown etiology; this genus accounted for 87.1% of the reads of Anelloviridae found in the 16 samples.Conclusion:Our data underline the high rates of viral co-infections in children suffering from ARI, and confirm the predominant presence of profiles dominated by Haemophilus, Streptococcus and Moraxella in a symptomatic paediatric population identified at the hospital. We were unable to assess significant associations between microbiome profiles and disease severity. Our results highlighted a high prevalence of TTMV in respiratory samples from young children with ARI. Larger-scale studies are needed to identify the interactions between viral and bacterial communities within the respiratory microbiome and their impact on host transcriptomic responses during ARI in children, and to explore the role of TTMV in childhood respiratory disease.
Introduction :Les infections respiratoires aiguës (IRA) chez les enfants de moins de 5 ans constituent une cause majeure de mortalité et d'hospitalisation. Certaines compositions de microbiome respiratoire peuvent être associées à la sévérité de la maladie. L’objectif principal de cette thèse était de caractériser les différentes communautés virales et bactériennes du microbiome nasopharyngé d’enfants présentant des IRA ainsi que leur réponse transcriptomique afin d’identifier des biomarqueurs pronostic de la sévérité. Méthodes : Afin de valider la méthode d’extraction utilisable en amont de la métagénomique virale, une première étude technique a été réalisée comparant deux plateformes automatisées (eMAG ; MagNA Pure 24, MP24) et le kit manuel QIAamp Viral RNA (QIAamp) à partir d’échantillons respiratoires cliniques, un MOCK (comprenant cinq virus isolés) et un contrôle (NTC). Suite à ces résultats, une cohorte prospective de 144 enfants <5 ans hospitalisés à l’unité d’hospitalisation de courte durée (UHCD) des Hospices Civils de Lyon (HCL) pour un syndrome grippal pendant les hivers 2015-2017 a été étudiée. Le bactériome et le virome nasopharyngés ont été caractérisés par des approches de métabarcoding et de métagénomique virale. Les réponses transcriptomiques respiratoires de l'hôte ont été analysées par mRNA-Seq. La prévalence d’une famille virale ubiquitaire du virome a été validée par métagénomique virale sur une 2ème cohorte pédiatrique d’enfants atteints d’IRA.Résultats :Concernant la partie technique, l’eMAG donnait les meilleurs résultats en minimisant les contaminations croisées et les contaminations provenant des réactifs. Cette méthode a été choisie pour le reste des analyses sur le virome de cette thèse. Les analyses du virome et du transcriptome ont été réalisées sur les enfants <7 mois et hospitalisés pour bronchiolite à VRS afin d’étudier une cohorte homogène. Après filtrage de la qualité, les résultats du microbiome étaient disponibles pour 79 enfants pour le bactériome et 53 pour le virome ; et les profils transcriptomiques pour 36 enfants. Les profils dominés par les genres Haemophilus, Moraxella et Streptococcus étaient les plus répandus bien qu’ils ne soient pas associés de manière significative à la sévérité. 77 % des patients présentaient une ou des co-infections avec un virus respiratoire (les plus fréquentes étant à Picornaviridae, Coronaviridae, Orthomyxoviridae). L’expression des gènes de l’immunité et des cytokines inflammatoires n’était pas associée à la sévérité des bronchiolites ni aux co-infections virales lors de l’analyse du transcriptome de l’hôte. Dans cette cohorte, les Anelloviridae étaient la famille de virus d’eucaryotes les plus fréquents (chez 66% des patients), avec le genre TTMV majoritaire. Certaines espèces comme TTMV3, 6 et 9 étaient associées à la sévérité de la bronchiolite.Cette prévalence de TTMV a été validée dans une seconde cohorte d’enfants (âge médian : 12 mois) hospitalisés pour IRA d’étiologie inconnue pour laquelle ce genre représentait 87,1% des reads d’Anelloviridae retrouvées dans les 16 échantillons.Conclusion :Nos données soulignent les taux élevés de co-infections virales chez les enfants souffrant d’IRA et confirment la présence majoritaire de profils dominés par Haemophilus, Streptococcus et Moraxella dans une population pédiatrique symptomatique recensée à l’UHCD. Nous n'avons pas pu évaluer les associations significatives entre les profils du microbiome et la sévérité de la maladie. Nos résultats ont mis en évidence une prévalence élevée de TTMV dans les échantillons respiratoires de jeunes enfants souffrant d'une IRA. Des études de plus grande envergure sont nécessaires pour identifier les interactions entre les communautés virales et bactériennes au sein du microbiome respiratoire et leur impact sur les réponses transcriptomiques de l'hôte lors d'IRA chez les enfants et pour explorer le rôle du TTMV dans les maladies respiratoires de l'enfant.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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