chez les microparasites et les macroparasites-Aspects évolutifs

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1 chez les microparasites et les macroparasites-Aspects évolutifs
Virulence chez les microparasites et les macroparasites-Aspects évolutifs Jacques Cabaret et Sabrina Gaba Équipe d’Écologie et de Génétique des Parasites – INRA Tours

2 Définitions Pathogène, commensal, symbionte Micro et Macroparasites
Fitness et R0 Virulence et pathogénicité

3 Mutualisme/commensalisme/ pathogène
-Commensalisme: association entre un « parasite » et un organisme supérieur; ne cause aucun dommage -Mutualisme : association mutuellement bénéfique Symbiose : Wolbachia chez les filaires -Pathogène : cause ou peut causer un dommage Casadevall et Pirofski, 2000, Infection and Immunity

4 Microparasite versus Macroparasite
Quelques Définitions Microparasite versus Macroparasite Microparasites : - bactéries, virus, protozoaires - temps de génération court - multiplication directe dans l’hôte=infectieux - induisent une réponse immune (intracellulaires: TH1) Macroparasites : - helminthes, arthropodes - temps de génération plus long - pas de multiplication directe dans l’hôte=infestant - induisent une réponse immune (extracellulaires: TH2) Adapté de Anderson et May (1991) Infectious disease of Humans Oxford

5 Succès reproductif ou fitness
Quelques Définitions Succès reproductif ou fitness Capacité des individus d’un certain type à survivre et à produire des descendants Fitness = survie * fécondité ADULTES ZYGOTES ZYGOTES Gamètes Fitness de A =2/3 survivent x 4 zygotes formés = 8/3 Type A MORT MORT Fitness de B =½ survivant X 1 zygote = 1/2 Type B Evolutionary Genetics- J. Maynard Smith 1989 Oxford University Press

6 Fitness absolue /relative/-génotype Fitness marginale -gène
C’est une propriété d’une catégorie d’individus, d’un génotype (pas d’un individu ou d’un gène seul) Ca ne vaut que pour un environnement donné Cela ne concerne qu’une génération et se définit de façon plus complexe lorsque les générations sont chevauchantes (R0 = taux reproductif net)

7 Le taux de reproduction net R0
Quelques Définitions Le taux de reproduction net R0 Capacité intrinsèque du parasite à produire des descendants Croissance de la population si R0 > 0 R0= Σlx*mx lx = probabilité qu’une femelle survive jusqu’ à l’âge x, et mx = nbre de descendants femelles/par femelle d’âge x Microparasites: nombre moyen d’infections secondaires produits quand un individu infecté est introduit dans une population d’hôtes sains Macroparasites: nombre moyen de descendants qu’une femelle peut produire et qui peuvent se reproduire en absence de contraintes de densité-dépendance Anderson et May (1991) Infectious disease of Humans Oxford

8 En écologie, virulence = diminution du succès reproducteur
L’effet pathogène … Ensemble des conséquences de la présence de l’organisme étranger dans l’organisme hôte. ex : amaigrissement d’une vache suite à une infestation par la grande douve du foie Fasciola hepatica … et la VIRULENCE Conséquences de la présence de l’organisme étranger sur la transmission des gènes de l’organisme hôte En écologie, virulence = diminution du succès reproducteur Plus un pathogène est virulent, plus la descendance de son hôte sera faible et plus la transmission des gènes de cet hôte à la génération suivante sera faible.

9 Soit de manière indirecte par l’effet pathogène
Mesure de la virulence Soit par une de ses composantes telle que la mortalité (Ebert et Mangin 1997) Soit de manière indirecte par l’effet pathogène Effet pathogène est essentiel à l’échelle de l’individu (ex le malade) MAIS c’est la virulence qui est important lorsqu’on se place au plan de l’évolution (Combes 2000) détails dans Poulin et Combes Parasitology Today 1999

10 Degré de pathogénicité (capacité à produire une maladie),
Virulence Degré de pathogénicité (capacité à produire une maladie), Sévèrité de la maladie, Capacité à déjouer les défense de l’hôte Capacité à réduire la fitness de l’hôte Capacité d’entrer et de se multiplier dans un hôte Casadevall et Pirofsky, 1999, Infection and immunity

11 Virulence -Classe 1 : cause des dommages seulement si la réponse de l’hôte est faible: Pneumocystis , Legionella n=4 -Classe 2 : cause dommage chez hôte à réponse faible ou au cours de la mise en route d’une réponse immune normales : Plasmodium, Toxoplasma, Candida, Listeria, Borrelia, Virus hépatite A n=38 -Class 3 : cause dommage durant la mise en place d’une réponse immune appropriée (en début et fin) : Leishmania, Salmonella, , Escherichia coli O157:H7, AIDS n=21 -Classe 4 : cause des dommages en cas de faible ou forte réponse immune: Aspergillus, Vaccine n=2 -Classe 5: cause dommage au cours dela réponse immune normale, mais plus important en cas de forte réponse de l’hôte : Schistosoma, Trypanosoma, Poliovirus, n=8 -Classe 6 : cause dommage seulement en cas de forte Réponse de l’hôte : Helicobacter pylori, Maladie de Crohn n=2

12 Virulence De la part du pathogène De la part de l’hôte Opportunistes
Pathogène faible Pathogène + fort Pathogène fort De la part de l’hôte Immunodéprimés cl1 Réponse immune faible cl2 R. immune faible/forte norm. cl3 R. immune faible/forte anorm cl4 R. immune normal/grave forte Cl5 R. immune grave si forte Cl6

13 Virulence multiplication/ virulence pathogénie
Le premier type: n’a pas de valeur sélective systématique sur l’hôte Le second type : a valeur sélective d’autant plus que l’action pathogène est forte (si réduit fitness ou R0)

14 Evolution de la virulence

15 Notion de virulence optimale
Pourquoi les parasites nuisent-ils à leurs hôtes si un hôte vivant et sain est bénéfique à leur transmission ? Forte virulence du parasite  transmission du parasite  survie de l’hôte Diminution du SR du parasite Compromis entre virulence et transmission

16 Le modèle « Trade-off » dans Ebert et Bull (2003) TRENDS in Microbiology vol 11 n°1

17 Conséquences du modèle « Trade-off »
Virulence forte Virulence faible Mutualisme Toutefois sélection naturelle maximise le succès reproducteur donc Pas de raison pour que la virulence diminue

18 Exemple de la myxomatose dans la population de lapins en Australie

19 Cycle de la myxomatose

20 Contrôle de populations
virus Myxoma virus 1950 : introduction du virus pour contrôles des populations trop prolifiques Diminution des effectifs Diminution de l’impact de la maladie dans le temps

21 Suivi des souches de virus
+ virulente - virulente Anderson et May (1991) Infectious disease of Humans Oxford

22 Conclusions Succès du parasite ne nécessite ni une évolution vers une faible virulence ni vers une forte virulence Coévolution peut suivre plusieurs voies en fonctions de la relation entre la transmission et la virulence du parasite Absence de prise en compte de la présence conjointe de plusieurs génotypes du parasites

23 Exemple du Cholera

24 Maladie endémique en Inde et endémo-épidémique en région tropicale
Etiologie Maladie endémique en Inde et endémo-épidémique en région tropicale Jusqu’à 1010 vibrions par ml de selles d’après Guegan 2004

25 Est-ce que ces cycles sont associés à des augmentations de virulence?
Transmission de la maladie Est-ce que ces cycles sont associés à des augmentations de virulence? Dans Guégan 2004

26 Transmission de la maladie
dans Guegan 2004

27 Transmission de la maladie
d’après Colwell

28 ENSO El Niño Southern Oscillation est un système d’interactions entre l’océan Pacifique et l’atmosphère au-dessus. L’état du système ENSO fluctue d’années en années. Une manière d’observer les fluctuations est d’observer les changements de température de surface de l’océan Pacifique.

29 ENSO dans Rodo et al. (2002) PNAS vol 99 pp

30 ENSO et les pics de cholera
dans Rodo et al. (2002) PNAS vol 99 pp

31 Conclusions Environnement Conception Dynamique Pathogène Hôte
d’après Guégan 2004

32 Conclusions Variabilité inter annuelle du climat Lien non-stationnaire Augmentation de la transmission Augmentation de la virulence

33 Virulence et Cycle Complexe

34 Cycle complexe Les parasites à cycle complexe ont 2 ou + hôtes Hôte intermédiaire : lieu de multiplication asexuée du parasite et/ou lieu de développement des stades juvéniles Hôte définif : Lieu de reproduction sexuée Le modèle trade-off est-il toujours valide?

35 Exemple de la bilharziose

36 Etiologie Bilharziose ou schistosomiase = helminthiase Trématodes appartenant au genre Schistosoma Maladie tropicale / 2 formes urinaires et intestinales 4 espèces de Schistosoma

37 Cycle de vie du parasite
mammifère mollusque d’eau douce cercaire Cycle de vie œufs miracidium

38 Évolution de la virulence
Schistosoma mansoni – Biomphalaria glabrata - Souris Taux de reproduction Nombre de cercaires Virulence du parasite Augmentation de la mortalité Taux d’infestation Nombre de vers dans le foie et les reins Taux de reproduction Estimation de la production de Miracidia Davies et al. (2001) Proc. Roy. Soc. Lond. B 268 pp c

39 - + Évolution de la virulence (2)
Schistosoma mansoni – Biomphalaria glabrata - Souris - Taux de reproduction Pouvoir infestant & Succès reproducteur du parasite dans HD Virulence du parasite + Transmission Virulence associée à une forte reproduction dans Rodo et al. (2002) PNAS vol 99 pp

40 Schistosoma mansoni – Biomphalaria glabrata - Souris
Conclusions Schistosoma mansoni – Biomphalaria glabrata - Souris Trade-off entre reproduction et fitness entre les deux hôtes Difficulté du contrôle des transmissions dans Rodo et al. (2002) PNAS vol 99 pp

41 Exemple de la stratégie
hitch-hiker

42 Manipulation comportementale des hôtes intermédiaires
Parasites induisent des altérations physiologiques ou comportementales chez leur hôte Reflet d’effets secondaires Bénéfique pour le parasite Non Adaptative Adaptative

43 Manipulation comportementale
Génome de l’hôte Phénotype modifié de l’hôte Génome du parasite Phénotype Etendu (Dawkins 1992)

44 La FAVORISATION SELECTION  Fitness PARASITE Manipulation de son hôte
 Transmission Combes (1991) Am. Nat. 138 pp

45 Transmission trophique (PITT)
PROIE PREDATEUR Hôte Définitif Hôte Intermédiaire non parasité Hôte Intermédiaire parasité Lafferty (1992) Am. Nat. 140 pp

46 La stratégie hitch-hiker
Œufs Gammarus insensibilis Thomas et al (1997) Evolution 51 pp

47 Microphallus hoffmani
3 parasites et 1 cycle Non manipulateurs Maritrema subdolum Microphallus hoffmani Manipulateur Microphallus papillorobustus Thomas et al (1997) Evolution 51 pp

48 Association des parasites
hitch-hiker Prévalence NS S* M. subdolum + M. papillorobustus M. hoffmanni + M. papillorobustus lucky passenger Thomas et al (1997) Evolution 51 pp

49 Conclusions Augmentation de la transmission de M. subdolum sans augmentation de la virulence Thomas et al (1997) Evolution 51 pp

50 et le virus manipulateur
Superparasitisme et le virus manipulateur

51 Etape clé du parasite : rencontrer son hôte
Parasitoïdes Etape clé du parasite : rencontrer son hôte Parasitoïdes = insectes dont la larve se développe en se nourissant du corps de son hôte qui est généralement lui aussi un insecte ( Godfray 1994) Godfray (1994) Parasitoids Behavioral and Evolutionary Ecology. Princeton University Press

52 Compétition extrême entre larves
Stratégie de ponte Où pondre? Hôte sain Hôte parasité superparasitisme Compétition extrême entre larves Nombre d’hôtes Capacité de discrimination Van Alphen et Visser (1990) Van Lenteren (1981)

53 ? Exemple du trio Leptopilina boulardi Leptopilina heterotoma Bcp de
superparasitisme Peu de superparasitisme Drosophila simulans Pas de gain ? Varaldi et al Science 302 pp 1930

54 Microscopie électronique virus
Exemple du trio Analyse génétique : transmission maternelle du superparasitisme Négatifs Traitements antibiotiques Recherche de microsporidies Microscopie électronique virus Transmission verticale & horizontale Varaldi et al Science 302 pp 1930

55 Coopération ou conflit
Le superparasitisme serait-il alors bénéfique à la fois pour la virus et pour la parasitoïde ou existe-t-il un conflit d’intérêt? Varaldi et al Science 302 pp 1930

56 Modélisation Virus n’a pas d’effet sur la parasitoïde Trois hypothèses
Virus induit un comportement de superparasitisme sans transferts horizontaux Virus induit un comportement de superparasitisme dont 60% entraîne des transferts horizontaux Varaldi et al. in prep

57 Modélisation : résultat & conclusions
Maintien du virus si il induit un comportement de superparasitisme Donc Rôle des microorganismes symbiotiques dans la capacité des espèces à envahir certaines communauté Modification de comportement ne résulte pas forcément en une adaptation du parasite à augmenter sa transmission Complémentarité des études génétiques et de modélisation pour mieux comprendre la variabilité de certains traits Varaldi et al. in prep

58 Conclusions

59 Conclusions sur l’évolution de la virulence
Ne se résume pas qu’au modèle Trade -off Parasite complètement évolué peut être nuisible pour son hôte Augmentation de transmission n’est pas forcément synonyme d’augmentation de virulence Emergence de nouvelles théories Ex « coïncidal evolution » ou « short sighted evolution » Levin (1996) Emerging Infectious Disease vol 2 n°2 pp93-102