A journey with a fish : exploring zebrafish as a model to study host-pathogen interaction
Un voyage avec un poisson : le poisson zèbre comme modèle d'étude de l'interaction hôte-pathogène
Résumé
Zebrafish are increasingly being used as a model organism to study host-pathogen interactions. This is due to a number of advantages, including their high degree of transparency, fast generation time, and conserved immune system. In this thesis, we used zebrafish to study infection with three different pathogens: Sindbis virus (SINV), SARS-CoV-2, and Legionella pneumophila. We first investigated the route of brain invasion exploited by SINV. Using fluorescently labeled viruses, we were able to track the progression of infection from the periphery to the brain. We identified dorsal root ganglia as the gateway to the CNS used by SINV to reach the brain. We also found that SINV uses three different axonal or cell-to-cell propagation systems to invade the CNS. We then explored the use of zebrafish as a model for SARS-CoV-2 infection. We developed a novel protocol for zebrafish infection and experimentation in biosafety level 3 laboratories. We tested several different strains of SARS-CoV-2 and were able to infect the caudal part of the swim bladder in a consistent manner. However, infection resulted in abortive viral replication and no further propagation. We investigated the role of the ACE2 receptor in this infection and generated a humanized zebrafish model for this protein, but this did not change the outcome. Finally, we used zebrafish to study Legionella pneumophila infection. We characterized the infection dynamics of Legionella in zebrafish larvae and observed a peculiar dynamic of yolk infection. We found that the immune response to Legionella infection is macrophage mediated. We also used a zebrafish line with knock-out Mydd88 expression to correlate with the human immune response and confirmed that, contrary to mice, zebrafish show the same phenotype. Lastly, we identified a new feature of Legionella infection in zebrafish, that the bacteria can infect the yolk in a T4SS-dependent way to escape clearance by leucocytes and absorb nutrients. Overall, this thesis demonstrates the potential of zebrafish as a model organism for studying host-pathogen interactions. We answered important biological questions while also developing new tools and approaches for this type of research.
Le poisson zèbre est de plus en plus utilisé comme organisme modèle pour l'étude des interactions hôte-pathogène. Cela est dû à un certain nombre d'avantages, notamment son degré élevé de transparence, son temps de génération rapide et son système immunitaire conservé. Dans cette thèse, nous avons utilisé le poisson zèbre pour étudier l'infection par trois pathogènes différents : le virus Sindbis (SINV), le SARS-CoV-2 et Legionella pneumophila. Nous avons d'abord étudié la voie d'invasion du cerveau exploitée par le SINV. En utilisant des virus marqués par fluorescence, nous avons pu suivre la progression de l'infection de la périphérie au cerveau. Nous avons identifié les ganglions des racines dorsales comme la porte d'entrée vers le SNC utilisée par le SINV pour atteindre le cerveau. Nous avons également constaté que le SINV utilise trois systèmes de propagation axonal ou cellule à cellule différents pour envahir le SNC. Nous avons ensuite exploré l'utilisation du poisson zèbre comme modèle d'infection par le SARS-CoV-2. Nous avons développé un nouveau protocole d'infection et d'expérimentation du poisson zèbre dans des laboratoires de biosécurité de niveau 3. Nous avons testé plusieurs souches différentes de SARS-CoV-2 et avons pu infecter la partie caudale de la vessie natatoire de manière cohérente. Cependant, l'infection a entraîné une réplication virale abortive et aucune propagation ultérieure. Nous avons étudié le rôle du récepteur ACE2 dans cette infection et généré un modèle de poisson zèbre humanisé pour cette protéine, mais cela n'a pas changé le résultat. Enfin, nous avons utilisé le poisson zèbre pour étudier l'infection par Legionella pneumophila. Nous avons caractérisé la dynamique d'infection de Legionella chez les larves de poisson zèbre et observé une dynamique particulière d'infection du jaune. Nous avons constaté que la réponse immunitaire à l'infection par Legionella est médiée par les macrophages. Nous avons également utilisé une lignée de poisson zèbre avec une expression knock-out de Mydd88 pour établir une corrélation avec la réponse immunitaire humaine et nous avons confirmé que, contrairement aux souris, le poisson zèbre présente le même phénotype. Enfin, nous avons identifié une nouvelle caractéristique de l'infection par Legionella chez le poisson zèbre, à savoir que la bactérie peut infecter le jaune de manière dépendante du T4SS pour échapper à la clairance par les leucocytes et absorber les nutriments. Dans l'ensemble, cette thèse démontre le potentiel du poisson zèbre en tant qu'organisme modèle pour l'étude des interactions hôte-pathogène. Nous avons répondu à des questions biologiques importantes tout en développant de nouveaux outils et approches pour ce type de recherche.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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