Vector competence as an indicator of epidemic risk : yellow fever in Martinique, the Caribbean and America
La compétence vectorielle comme indicateur d’un risque épidémique : la fièvre jaune à la Martinique, dans la Caraïbe et en Amérique
Abstract
Studying vector-borne diseases is of major interest for the Caribbean due to the presence of high densities of Aedes aegypti mosquito, the main vector of arboviruses. Martinique and the Caribbean have been subjected to repeated dengue epidemics for decades. The arrival and successive establishment of two new arboviruses, chikungunya (CHIKV) in 2013, and Zika (ZIKV) in 2015, has once again highlighted the importance of investigating vector-borne diseases and raised fears of the emergence of another arbovirus in the region, yellow fever virus (YFV). Originating in Africa, YFV was transported to the new world during the slave trade (15th - 19th century) and caused devastating epidemics, mainly in urban agglomerations. After more than two centuries of epidemics, yellow fever no longer rages in the Caribbean islands, and this was a consequence of the eradication program of the vector Ae. aegypti initiated at the beginning of the 20th century. The Caribbean seems to be spared by the virus since then, despite the omnipresence of Ae. aegypti in the islands (following the relaxation of control programs) and the presence of the virus in the tropical forests of South America and Trinidad circulates within an enzootic cycle. YFV belongs to the family Flaviviridae and genus Flavivirus, like DENV (dengue virus) and ZIKV. YFV is present in sub-Saharan Africa and South America (7 YFV genotypes described: 2 in America and 5 in Africa). The recent yellow fever epidemics in Angola in 2016 and more widely, in West Africa as well as those in Brazil in 2017 and 2018 indicate changes in the current distribution of the disease in tropical and subtropical regions of South America and Africa. Infected travelers ensuring multiple introductions into the islands raise fears of the occurrence of an epidemic initiated by an imported case. At a time when exchanges of travelers and goods are intensifying, the risk of introducing YFV into the Caribbean cannot be ruled out, as was the case for CHIKV and ZIKV. With a view to prevention and risk assessment, the objective of this project is to assess the risk of emergence of yellow fever in Martinique and in the Caribbean where the human population is immunologically naive for this virus and exposed to the vector. Our results show that mosquito populations from the Caribbean and America infected with different YFV genotypes are able to transmit the 5 YFVs with viral loads in mosquito saliva that can reach more than 2000 viral particles. Nevertheless, the salivary glands play a major role in braking transmission, a more important role than the midgut. We have also demonstrated a correlation between the viral load contained in the midgut or the mosquito carcass and the infectious status of the mosquito; crossing each anatomical barrier (midgut and salivary glands) requires a high viral load detected in the previous compartment. By examining the viral diversity in the different compartments of the mosquito, we were able to highlight viral variants present in the midgut and the carcass but absent in the infectious meal. Finally, we demonstrated that Aedes albopictus was competent to transmit the 5 YFVs, thus being able to act as a secondary vector. In view of these results, we can conclude that the risk of re-emergence and spread of YFV in the Caribbean is real and this risk depends on the virus/mosquito combination. These data could be a basis for the development of a map of mosquito vector competence, protocols for surveillance, vector control, and the design of emergency action plans.
L’étude des maladies à transmission vectorielle représente un intérêt majeur pour la Caraïbe en raison de la présence en fortes densités du moustique Aedes aegypti, principal vecteur d’arbovirus. La Martinique et la Caraïbe sont, depuis des décennies, soumises à de régulières épidémies de dengue. L’arrivée et l’installation successif de deux nouveaux arbovirus, celui du chikungunya (CHIKV) en 2013, et celui du Zika (ZIKV) en 2015, a de nouveau mis en lumière l’importance de l’étude des maladies à transmission vectorielle et réveillé la crainte de l’émergence d’un autre arbovirus dans les îles, le virus de la fièvre jaune (YFV). Originaire d’Afrique, le YFV fut transporté dans le nouveau monde lors de la traite des esclaves (15ème - 19ème siècle) et causa des épidémies dévastatrices, principalement dans les agglomérations urbaines. Après plus de deux siècles d’épidémies, la fièvre jaune ne sévit plus dans les îles de la Caraïbe, et ceci, suite au programme d’éradication du vecteur Ae. aegypti initié au début du 20ème siècle. La Caraïbe semble depuis épargnée par le virus, en dépit de l’omniprésence du moustique vecteur Ae. aegypti dans les îles (suite à l’assouplissement des programmes de contrôle) et de la présence du virus dans les forêts tropicales d’Amérique du Sud et de Trinidad au sein d’un cycle enzootique. Le YFV appartient à la famille des Flaviviridae et au genre Flavivirus, comme les virus de la dengue (DENV) et du Zika. Le YFV est présent en Afrique sub-saharienne et en Amérique du Sud (7 génotypes de YFV décrits : 2 en Amérique et 5 en Afrique). Les récentes épidémies de fièvre jaune en Angola en 2016 et plus largement, en Afrique de l’Ouest ainsi que celles du Brésil en 2017 et 2018 indiquent des changements dans la distribution actuelle de la maladie dans les régions tropicales et subtropicales d’Amérique du Sud et d’Afrique. Des voyageurs infectés assurant des introductions multiples dans les îles font craindre la survenue d’une épidémie initiée par un cas importé. A l'heure où les échanges de voyageurs et marchandises s'intensifient, un risque d’introduction du YFV dans la Caraïbe n’est donc pas à exclure. Dans une optique de prévention et d’évaluation de ce risque, l’objectif de ce projet de thèse est d’évaluer le risque d’émergence de la fièvre jaune à la Martinique et dans la Caraïbe où la population humaine est immunologiquement naïve pour ce virus et exposée au vecteur. Nos résultats montrent que les populations de moustiques de la Caraïbe et d’Amérique infectés par différents génotypes de YFV, sont capables de transmettre les 5 YFV avec des charges virales dans la salive du moustique pouvant atteindre plus de 2000 particules virales. Néanmoins, les glandes salivaires jouent un rôle prépondérant de frein à la transmission, un rôle plus important que l’intestin moyen. Nous avons également mis en évidence une corrélation entre la charge virale contenue dans l’intestin moyen ou la carcasse du moustique et son statut infectieux ; le franchissement de chaque barrière anatomique (intestin moyen et glandes salivaires) nécessite une charge virale élevée détectée dans le compartiment précédent. En examinant la diversité virale dans les différents compartiments du moustique, nous avons pu mettre en évidence des variants viraux présents dans l’intestin moyen et la carcasse mais absents du repas infectieux. Enfin, nous avons démontré qu’Aedes albopictus était compétent à transmettre les 5 YFV, pouvant ainsi jouer le rôle de vecteur secondaire. Au regard de ces résultats, nous pouvons conclure que le risque de réémergence et de propagation du YFV dans la Caraïbe est réel et que ce risque dépend de la combinaison virus/moustique. Ces données pourront être une base pour l’élaboration d’une cartographie de la compétence vectorielle des moustiques, de protocoles de surveillance, de lutte antivectorielle, et de conception de plans d’actions d’urgence.
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