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Projet clos

Modélisation multi-échelle, de l'Intra-Hôte animal à la Métapopulation, des mécanismes de propagation d'agents (MIHMES)


Action : Bio-informatique


N° de convention : 10-BINF-0007

Informations générales

  • Référence projet : 10-BINF-0007
  • RST : Pauline EZANNO
  • Etablissement Coordinateur : INRA Nantes
  • Région du projet : Pays de la Loire
  • Discipline : 5 - Bio Med
  • Aide allouée : 1 219 880 €
  • Date de début du projet : 15/01/2012
  • Date de fin du projet : 14/07/2017
  • Site web du projet : http://www.inra.fr/mihmes/
  • Mots clés : multiscale modelling; enzootic livestock diseases; support decision tools; control strategies; animal health economics; epidemiology

Résumé du projet

Les maladies animales endémiques infectieuses impactent santé et bien-être animal et sécurité sanitaire, générant des pertes dans le secteur primaire, ainsi que des enjeux de santé publique vétérinaire. La propagation et la maîtrise de pathogènes en populations animales gérées et structurées constituent un système biologique complexe, agents, hôtes, environnement d’élevage, et décisions d’éleveurs interagissant. Ces interactions peuvent être décrites par modélisation et des stratégies de maîtrise évaluées ex-ante en complément d’études observationnelles. Cependant, des questions méthodologiques se posent lors du couplage de modèles dynamiques complexes. Le projet MIHMES « Modélisation multi-échelles, de l’Intra-Hôte animal à la Métapopulation, des mécanismes de propagation d’agents pathogènes pour Evaluer des Stratégies de maîtrise » a produit des connaissances et méthodes pour mieux gérer les maladies animales endémiques infectieuses et les risques de santé publique vétérinaire. Des compétences complémentaires (informatique, biomathématiques, infectiologie, immunologie, épidémiologie, économie) ont permis une modélisation multi-échelles des relations complexes entre processus biologiques et de conduite. Les objectifs du projet ont été largement atteints, aboutissant à des résultats de recherche originaux et valorisables, ainsi qu’à des outils logiciels destinés aux gestionnaires de la santé. Les membres du projet, forts de leur complémentarité disciplinaire, ont conjointement œuvré pour dépasser des verrous scientifiques et méthodologiques majeurs. Des collaborations de recherche existantes ont été renforcées et de nouvelles sont nées et perdureront au-delà du projet. MIHMES a permis de renforcer la visibilité internationale des travaux de modélisation épidémiologique menés en France, d'asseoir notre originalité, et d'accroître notre attractivité. Les travaux ont porté sur cinq pathogènes aux caractéristiques variées, contribuant à une réflexion scientifique générique : virus impliqué dans le complexe maladie des muqueuses / diarrhée virale bovine (BVDV) ; Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (Map) agent de la paratuberculose bovine ; Coxiella burnetii (Cb) agent zoonotique de la fièvre Q ; Salmonella, bactérie zoonotique portée asymptomatiquement par les porcs ; virus du syndrome dysgénésique respiratoire porcin (vSDRP). Les maladies associées sont largement présentes en Europe. MIHMES a produit des connaissances originales sur la propagation de pathogènes à différentes échelles : intra-hôte, exploitation, régions, filières de production. A l’échelle intra-hôte, nous avons contribué à mieux comprendre la réponse immunitaire de l’hôte à une infection respiratoire, avec application au vSDRP. Nous avons déterminé que deux mécanismes immunitaires peuvent expliquer des durées d’infection différentes. Nous avons considéré plusieurs facteurs modulant la réponse immunitaire : immunité maternelle, vaccination, virulence de la souche. Nous avons alors modélisé la propagation du vSDRP en troupeau porcin naisseur-engraisseur pour mieux comprendre l’impact de l’hétérogénéité des hôtes sur la dynamique épidémique. Par ailleurs, l’hétérogénéité d’excrétion des bovins a été décrite pour Map et Cb pour être mieux intégrée dans les modèles épidémiologiques. Un logiciel, Dynumpop, a été développé pour faciliter l’accès à une large gamme de modèles épidémiologiques simples. A l’échelle inter-troupeaux, des modèles originaux couplent dynamiques démographique et d’infection intra-troupeau, les pathogènes se propageant via les mouvements commerciaux d’animaux et les relations de proximité. Ces travaux aident à mieux comprendre la contribution relative des routes de transmission à la dynamique régionale. Les modèles développés mobilisent le réseau des mouvements de bovins en France, étudié d’un point de vue statique puis dynamique en tenant compte de son caractère orienté et pondéré. Lorsque des données épidémiologiques étaient disponibles, les modèles y ont été confrontés pour améliorer leur robustesse et capacité prédictive. Ces modèles régionaux permettent de mieux comprendre la propagation des pathogènes et de hiérarchiser des stratégies de maîtrise régionales complexes, combinant de multiples mesures et ciblant des troupeaux spécifiques. A l’échelle filière de production, nous avons modélisé le portage de Salmonella de l’élevage porcin à l’abattoir, intégrant les phases transport-attente, pour évaluer des stratégies de maîtrise de la contamination à l’abattoir. Enfin, nous avons formalisé les décisions de maîtrise individuelles, avec application à la vaccination. Nous avons intégré ces décisions dans un modèle épidémiologique à l’échelle troupeau, avec application à la maîtrise du BVDV. Nous avons considéré les décisions collectives par deux approches : (1) la gestion collective réalisée par un planificateur social (échelle macroscopique) en allant vers la prise en compte progressive des comportements individuels (approche top-down) ; (2) les comportements individuels (échelle troupeau) en évaluant l’impact de décisions stratégiques en présence ou non d’incitations à une échelle collective (approche bottom-up). Grâce au partenariat multidisciplinaire, nous avons produit des résultats transférables à partir de l’étude de systèmes biologiques complexes. MIHMES débouche sur des outils d'aide à la décision innovants destinés aux gestionnaires de la santé animale, reconnus par deux prix d'innovation (EvalBVD 2015 ; EvalParaTuB 2016). Ces outils d’évaluation épidémio-économique de stratégies de maîtrise intra-troupeau sont utilisables en autonomie par les professionnels de la santé. Ils permettent d'évaluer des stratégies classiquement utilisées sur le terrain ou innovantes, avant leur mise en place en conditions réelles. Pour accélérer le développement futur d’outils basés sur des modèles de recherche et permettre l’utilisation délocalisée des ressources informatiques requises, nous avons développé deux frameworks génériques. Emulsion mobilise des concepts multi-agents multi-niveaux pour faciliter le passage d’un modèle de recherche à un outil logiciel (1) en séparant la description des hypothèses biologiques formellement du code informatique, rendant les hypothèses explicites, (2) en rendant le code facile à maintenir et faire évoluer, et (3) en assurant un interfaçage modèle-outil persistant garantissant la cohérence de la suite logicielle. Diffuse permet de mobiliser des ressources informatiques privées (type cloud) à la demande pour simuler des scénarios mobilisant des codes informatiques de grande envergure (modèles impliquant plus de dix mille troupeaux). La diffusion des connaissances produites et l’adoption des logiciels sont favorisées par des sorties pratiques, l’intégration du comportement des décideurs dans les modèles, et l’implication des utilisateurs dans la conception et le test des outils. La capitalisation des travaux menés et la durabilité des outils seront permises par le consortium STEMAH en création, adossé à l'INRA et ouvert à tout partenaire - académique ou privé - intéressé par le maintien et l’évolution de tels outils logiciels. MIHMES est un projet investissements d’avenir, cofinancé par l’ANR (Bioinformatique) et le FEDER Pays-de-la-Loire de Janvier 2012 à Septembre 2017 pour un montant total de 1840k€ (n’incluant ni les salaires des titulaires ni l’autofinancement). Coordonné par Pauline Ezanno, directrice de recherche dans l’UMR1300 Bioepar (INRA, Oniris, Nantes), MIHMES a mobilisé des chercheurs et ingénieurs de cinq partenaires français (l’unité mixte de recherche BioEpAR, INRA-Oniris, Nantes ; l’unité MaIAGE, INRA, Jouy-en-Josas ; l’équipe Myriads, INRIA, Rennes ; l’unité IRMAR, Université de Rennes ; l’unité EBEP, ANSES, Ploufragan) et un partenaire suédois (l’institut vétérinaire suédois, SVA). MIHMES a été clôturé par l’organisation d’un congrès international en modélisation en épidémiologie animale (ModAH, Juin 2017, Nan

(L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.)