ou fitness

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Virulence
chez les microparasites
et les macroparasites-Aspects
évolutifs
Jacques Cabaret et Sabrina Gaba
Équipe d’Écologie et de Génétique des Parasites – INRA Tours
e-mail : [email protected]
1
Définitions
•
•
•
•
Pathogène, commensal, symbionte
Micro et Macroparasites
Fitness et R0
Virulence et pathogénicité
2
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
3
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)
4
Adapté de Anderson et May (1991) Infectious disease of Humans Oxford
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
Type A
Type B
Gamètes
ZYGOTES
MORT
MORT
Evolutionary Genetics- J. Maynard Smith 1989 Oxford University Press
Fitness de A
=2/3 survivent
x 4 zygotes formés
= 8/3
Fitness de B
=½ survivant
X 1 zygote
= 1/2
5
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)
6
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
7
Anderson et May (1991) Infectious disease of Humans Oxford
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.
8
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)
9
détails dans Poulin et Combes Parasitology Today 1999
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
10
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 11
Réponse de l’hôte : Helicobacter pylori, Maladie de Crohn n=2
Virulence
• De la part du pathogène
• De la part de l’hôte
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Opportunistes
Pathogène faible
Pathogène + fort
Pathogène faible
Pathogène fort
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
12
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)
13
Evolution de la virulence
14
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
15
Le modèle « Trade-off »
16
dans Ebert et Bull (2003) TRENDS in Microbiology vol 11 n°1
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
17
Exemple de la myxomatose
dans la population de lapins en Australie
18
Cycle de la myxomatose
19
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
20
Suivi des souches de virus
+ virulente
- virulente
21
Anderson et May (1991) Infectious disease of Humans Oxford
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
22
Exemple du Cholera
23
Etiologie
Maladie endémique en Inde
et endémo-épidémique en région tropicale
Jusqu’à 1010 vibrions par ml de selles
24
d’après Guegan 2004
Transmission de la maladie
Est-ce que ces cycles sont associés à des
augmentations de virulence?
25
Dans Guégan 2004
Transmission de la maladie
26
dans Guegan 2004
Transmission de la maladie
27
d’après Colwell
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.
28
ENSO
29
dans Rodo et al. (2002) PNAS vol 99 pp12901-12906
ENSO et les pics de cholera
30
dans Rodo et al. (2002) PNAS vol 99 pp12901-12906
Conclusions
Environnement
Conception
Dynamique
Pathogène
Hôte
31
d’après Guégan 2004
Conclusions
Variabilité inter annuelle du climat
Lien non-stationnaire
Augmentation de la transmission
Augmentation de la virulence
32
Virulence et Cycle Complexe
33
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?
34
Exemple de la bilharziose
35
Etiologie
Bilharziose ou schistosomiase = helminthiase
Trématodes appartenant au genre Schistosoma
Maladie tropicale / 2 formes urinaires et intestinales
4 espèces de Schistosoma
36
Cycle de vie du parasite
Cycle de vie
mammifère
cercaire
mollusque
d’eau douce
œufs
miracidium
37
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
38
Davies et al. (2001) Proc. Roy. Soc. Lond. B 268 pp 251-257c
Évolution de la virulence (2)
Schistosoma mansoni – Biomphalaria glabrata - Souris
Taux de reproduction
Pouvoir infestant
Virulence du parasite
&
Succès reproducteur
du parasite dans HD
+
Transmission
Virulence associée à une forte reproduction
39
dans Rodo et al. (2002) PNAS vol 99 pp12901-12906
Conclusions
Schistosoma mansoni – Biomphalaria glabrata - Souris
Trade-off entre reproduction
et fitness entre les deux hôtes
Difficulté du contrôle des transmissions
40
dans Rodo et al. (2002) PNAS vol 99 pp12901-12906
Exemple de la stratégie
hitch-hiker
41
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
42
Manipulation comportementale
Génome de l’hôte
Phénotype modifié de l’hôte
Génome du parasite
Phénotype Etendu (Dawkins 1992)
43
La FAVORISATION
SELECTION
PARASITE
 Fitness
Manipulation
de son hôte
 Transmission
44
Combes (1991) Am. Nat. 138 pp 866-880
Transmission trophique (PITT)
PROIE
PREDATEUR
Hôte Définitif
Hôte Intermédiaire
non parasité
Hôte Intermédiaire
parasité
45
Lafferty (1992) Am. Nat. 140 pp 854-857
La stratégie hitch-hiker
Œufs
Gammarus
insensibilis
46
Thomas et al (1997) Evolution 51 pp1316-1318
3 parasites et 1 cycle
Non manipulateurs
Maritrema subdolum
Microphallus hoffmani
Manipulateur
Microphallus papillorobustus
47
Thomas et al (1997) Evolution 51 pp1316-1318
Association des parasites
Prévalence
hitch-hiker
M. subdolum + M. papillorobustus
M. hoffmanni + M. papillorobustus
S*
NS
lucky passenger
48
Thomas et al (1997) Evolution 51 pp1316-1318
Conclusions
Augmentation de la transmission de M. subdolum
sans augmentation de la virulence
49
Thomas et al (1997) Evolution 51 pp1316-1318
Superparasitisme
et le virus manipulateur
50
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)
51
Godfray (1994) Parasitoids Behavioral and Evolutionary Ecology. Princeton University Press
Stratégie de ponte
Hôte sain
Où pondre?
Hôte parasité
Compétition extrême entre larves
superparasitisme
Capacité de discrimination
Nombre d’hôtes
Van Alphen et Visser (1990)
Van Lenteren (1981)
52
Exemple du trio
Leptopilina boulardi
Leptopilina heterotoma
Bcp de
superparasitisme
Peu de
superparasitisme
Drosophila simulans
Pas de gain
?
53
Varaldi et al. 2003 Science 302 pp 1930
Exemple du trio
Analyse génétique : transmission maternelle du superparasitisme
Traitements antibiotiquesNégatifsRecherche de microsporidies
Microscopie électronique
virus
Transmission verticale & horizontale
54
Varaldi et al. 2003 Science 302 pp 1930
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?
55
Varaldi et al. 2003 Science 302 pp 1930
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
56
Varaldi et al. in prep
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
57
Varaldi et al. in prep
Conclusions
58
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 »
59
Levin (1996) Emerging Infectious Disease vol 2 n°2 pp93-102
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