Evolution rapide des interactions symbiotiques en réponse au stress : processus et mécanismes – RESIST

Les animaux vivent en symbiose avec des communautés bactériennes contrôlées qui ont un fort impact sur le phénotype de leur hôte, appelé ainsi phénotype étendu. L’effet des symbiotes sur leur hôte peut être positif (ex : apport d’une nouvelle fonction qui permet une adaptation rapide à la niche) et/ou négatif (ex : virulence densité-dépendante qui induit la pathogenèse). Un stress peut donc impacter directement l’hôte et le symbiote ; mais aussi indirectement l’hôte, par une modification du phénotype étendu induit par la communauté symbiotique. Dans ce projet, je cherche donc à comprendre comment les associations symbiotiques répondent à des stress, et à caractériser leur capacité à s’adapter à un nouvel environnement.

Comme l’effet du stress sur la symbiose est difficile à étudier dans des écosystèmes complexes, tel que le microbiote de l’homme, j’étudierai une symbiose à transmission verticale (drosophile + bactéries intracellulaires Wolbachia), chez qui la densité bactérienne joue un rôle majeur dans l’expression du phénotype étendu. En effet, plus la densité est forte, plus la virulence associée à l’infection l’est. Curieusement, Wolbachia est aussi connue pour protéger les mouches contre des infections virales : un effet protecteur qui est également corrélé positivement à la densité bactérienne. Contrairement à la vision classique que les populations de symbiotes transmis verticalement sont homogènes au sein de leur hôte, la population intra-hôte de Wolbachia est hétérogène du fait d’une duplication génomique. Cette hétérogénéité pourrait induire des conflits entre partenaires, en augmentant la compétition intra-hôte entre les génotypes symbiotiques par un processus analogue à la tragédie des communs ; et affecter l’issue de la réponse au stress.

J’étudierai l’influence de deux stress, naturellement rencontrés par les drosophiles, sur l’évolution de la symbiose : 1) le stress oxydant, qui est observé en réponse à de nombreuses menaces, comme le réchauffement climatique ou l’utilisation de pesticides, et 2) l’infection par des virus à ARN, car Wolbachia protège des infections de ce type, et est actuellement utilisée comme moyen de lutte contre des arbovirus. Enfin, comme l’induction du stress oxydant est aussi une stratégie immunitaire contre les pathogènes, je testerai si l’évolution de l’association dans un environnement oxydant impacte sa réponse secondaire à une infection virale.

J’étudierai en particulier : 1) comment un stress affecte la physiologie des deux partenaires et écarte la densité bactérienne de son optimum ? 2) quelle est l’influence respective des processus évolutifs (plasticité, sélection intra- et inter-hôte) dans le retour -ou non- à l’optimum ? (par des approches d’évolution expérimentale dans les différentes conditions de stress en présence/absence de Wolbachia, et des mesures répétées de densité/composition bactérienne et de survie hôte) 3) quels sont les mécanismes physiologiques impliqués dans la réponse au stress et la régulation bactérienne ? (par des approches de transcriptomique et de métabolomique comparatives, avant et après évolution dans les différentes conditions de stress, couplées à une analyse fonctionnelle des gènes candidats).

Ce projet de recherche fondamentale, qui me confortera dans le développement de ma thématique de recherche sur l’«immuno-symbiose», est à la frontière entre la compréhension des processus évolutifs impliqués dans la réponse des associations hôte-symbiotes au stress, et la caractérisation des mécanismes immunitaires de la régulation symbiotique. Les résultats issus de ce projet apporteront des éléments de réponse sur des questions plus générales ou appliquées, liées par exemple à l’évolution de la tolérance/dépendance dans les interactions hôte-microbes, l’évolution de la virulence et de la pathogenèse dans les communautés bactériennes hétérogènes, ou les mécanismes et l’évolution de la protection médiée par les symbiotes chez les insectes.