Pr

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Virulence chez les microparasites et les
macroparasites-Aspects évolutifs
Jacques Cabaret et Sabrina Gaba
Équipe dÉcologie et de Génétique des Parasites
INRA Tours e-mail cabaret_at_tours.inra.fr
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Définitions

• Pathogène, commensal, symbionte
• Micro et Macroparasites
• Fitness et R0
• Virulence et pathogénicité

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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
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Quelques Définitions
Microparasite versus Macroparasite
Microparasites - bactéries, virus,
protozoaires - temps de génération court -
multiplication directe dans lhôteinfectieux -
induisent une réponse immune (intracellulaires
TH1)
Macroparasites - helminthes, arthropodes -
temps de génération plus long - pas de
multiplication directe dans lhôteinfestant -
induisent une réponse immune (extracellulaires
TH2)
Adapté de Anderson et May (1991) Infectious
disease of Humans Oxford
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Quelques Définitions
Succès reproductif ou fitness
Capacité des individus dun certain type à
survivre et à produire des descendants
Fitness survie fécondité
ZYGOTES
ADULTES
ZYGOTES
Gamètes
Fitness de A 2/3 survivent x 4 zygotes formés
8/3
MORT
Type A
MORT
Fitness de B ½ survivant X 1 zygote 1/2
Type B
Evolutionary Genetics- J. Maynard Smith 1989
Oxford University Press
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Fitness absolue /relative/-génotype Fitness
marginale -gène

• Cest une propriété dune catégorie dindividus,
  dun génotype (pas dun individu ou dun gène
  seul)
• Ca ne vaut que pour un environnement donné
• Cela ne concerne quune génération et se définit
  de façon plus complexe lorsque les générations
  sont chevauchantes (R0 taux reproductif net)

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Quelques Définitions
Le taux de reproduction net R0
Capacité intrinsèque du parasite à produire des
descendants Croissance de la population si R0 gt
0 R0 Slxmx lx probabilité quune femelle
survive jusqu à lâge x, et mx nbre de
descendants femelles/par femelle dâge x
Microparasites nombre moyen dinfections
secondaires produits quand un individu infecté
est introduit dans une population dhôtes sains
Macroparasites nombre moyen de descendants
quune femelle peut produire et qui peuvent se
reproduire en absence de contraintes de
densité-dépendance
Anderson et May (1991) Infectious disease of
Humans Oxford
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Leffet pathogène
Ensemble des conséquences de la présence de
lorganisme étranger dans lorganisme hôte. ex
amaigrissement dune vache suite à une
infestation par la grande douve du foie Fasciola
hepatica
et la VIRULENCE
Conséquences de la présence de lorganisme
étranger sur la transmission des gènes de
lorganisme 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.
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Mesure de la virulence
Soit par une de ses composantes telle que la
mortalité (Ebert et Mangin 1997)
Soit de manière indirecte par leffet pathogène
Effet pathogène est essentiel à léchelle de
lindividu (ex le malade) MAIS cest la
virulence qui est important lorsquon se place au
plan de lévolution (Combes 2000)
détails dans Poulin et Combes Parasitology Today
1999
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Virulence
Degré de pathogénicité (capacité à produire une
maladie), Sévèrité de la maladie, Capacité à
déjouer les défense de lhôte Capacité à réduire
la fitness de lhôte
Capacité dentrer et de se multiplier dans un
hôte
Casadevall et Pirofsky, 1999, Infection and
immunity
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Virulence
-Classe 1 cause des dommages seulement si la
réponse de lhôte est faible Pneumocystis ,
Legionella n4 -Classe 2 cause dommage chez
hôte à réponse faible ou au cours de la mise en
route dune réponse immune normales Plasmodium,
Toxoplasma, Candida, Listeria, Borrelia, Virus
hépatite A n38 -Class 3 cause dommage durant
la mise en place dune réponse immune appropriée
(en début et fin) Leishmania, Salmonella, ,
Escherichia coli O157H7, AIDS n21 -Classe 4
cause des dommages en cas de faible ou forte
réponse immune Aspergillus, Vaccine n2 -Classe
5 cause dommage au cours dela réponse
immune normale, mais plus important en cas de
forte réponse de lhôte Schistosoma,
Trypanosoma, Poliovirus, n8 -Classe 6 cause
dommage seulement en cas de forte Réponse de
lhôte Helicobacter pylori, Maladie de Crohn n2
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Virulence

• De la part du pathogène
• Opportunistes
• Pathogène faible
• Pathogène fort
• Pathogène faible
• Pathogène fort

• De la part de lhôte
• 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

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Virulence multiplication/ virulence pathogénie

• Le premier type na pas de valeur sélective
  systématique sur lhôte
• Le second type a valeur sélective dautant
  plus que laction pathogène est forte (si réduit
  fitness ou R0)

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(No Transcript)
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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 lhôte
Diminution du SR du parasite
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Le modèle  Trade-off 
dans Ebert et Bull (2003) TRENDS in Microbiology
vol 11 n1
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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
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(No Transcript)
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Cycle de la myxomatose
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Contrôle de populations
virus Myxoma virus
1950 introduction du virus pour contrôles des
populations trop prolifiques
Diminution des effectifs
Diminution de limpact de la maladie dans le temps
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Suivi des souches de virus
virulente
- virulente
Anderson et May (1991) Infectious disease of
Humans Oxford
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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
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(No Transcript)
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Etiologie
Maladie endémique en Inde et endémo-épidémique
en région tropicale Jusquà 1010 vibrions par ml
de selles
daprès Guegan 2004
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Transmission de la maladie
Dans Guégan 2004
26
Transmission de la maladie
dans Guegan 2004
27
Transmission de la maladie
daprès Colwell
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ENSO
El Niño Southern Oscillation est un système
dinteractions entre locéan Pacifique et
latmosphère au-dessus.
Létat du système ENSO fluctue dannées en
années. Une manière dobserver les fluctuations
est dobserver les changements de température de
surface de locéan Pacifique.
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ENSO
dans Rodo et al. (2002) PNAS vol 99 pp12901-12906
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ENSO et les pics de cholera
dans Rodo et al. (2002) PNAS vol 99 pp12901-12906
31
Conclusions
Environnement
Conception Dynamique
Hôte
Pathogène
daprès Guégan 2004
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Conclusions
Variabilité inter annuelle du climat
Lien non-stationnaire
Augmentation de la transmission
Augmentation de la virulence
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(No Transcript)
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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
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(No Transcript)
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Etiologie
Bilharziose ou schistosomiase
helminthiase Trématodes appartenant au genre
Schistosoma Maladie tropicale / 2 formes
urinaires et intestinales 4 espèces de
Schistosoma
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Cycle de vie du parasite
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Évolution de la virulence
Schistosoma mansoni Biomphalaria glabrata -
Souris
Davies et al. (2001) Proc. Roy. Soc. Lond. B 268
pp 251-257c
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Évolution de la virulence (2)
Schistosoma mansoni Biomphalaria glabrata -
Souris
-
Pouvoir infestant Succès reproducteur du
parasite dans HD

Transmission
Virulence associée à une forte reproduction
dans Rodo et al. (2002) PNAS vol 99 pp12901-12906
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Conclusions
Schistosoma mansoni Biomphalaria glabrata -
Souris
Trade-off entre reproduction et fitness entre
les deux hôtes
dans Rodo et al. (2002) PNAS vol 99 pp12901-12906
41
(No Transcript)
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Manipulation comportementale des hôtes
intermédiaires
Parasites induisent des altérations
physiologiques ou comportementales chez leur hôte
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Manipulation comportementale
Génome de lhôte
Phénotype modifié de lhôte
Génome du parasite
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La FAVORISATION
SELECTION
? Fitness
PARASITE
Manipulation de son hôte
? Transmission
Combes (1991) Am. Nat. 138 pp 866-880
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Transmission trophique (PITT)
PROIE
PREDATEUR
Hôte Définitif
Hôte Intermédiaire non parasité
Hôte Intermédiaire parasité
Lafferty (1992) Am. Nat. 140 pp 854-857
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La stratégie hitch-hiker
Gammarus insensibilis
Thomas et al (1997) Evolution 51 pp1316-1318
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3 parasites et 1 cycle
Non manipulateurs
Maritrema subdolum Microphallus hoffmani
Manipulateur
Microphallus papillorobustus
Thomas et al (1997) Evolution 51 pp1316-1318
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Association des parasites
hitch-hiker
M. subdolum M. papillorobustus
M. hoffmanni M. papillorobustus
lucky passenger
Thomas et al (1997) Evolution 51 pp1316-1318
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Conclusions
Augmentation de la transmission de M. subdolum
sans augmentation de la virulence
Thomas et al (1997) Evolution 51 pp1316-1318
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(No Transcript)
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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
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Stratégie de ponte
Van Alphen et Visser (1990) Van Lenteren (1981)
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Exemple du trio
Leptopilina boulardi
Leptopilina heterotoma
Peu de superparasitisme
Bcp de superparasitisme
Drosophila simulans
Pas de gain
?
Varaldi et al. 2003 Science 302 pp 1930
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Exemple du trio
Analyse génétique transmission maternelle du
superparasitisme
Traitements antibiotiques
Recherche de microsporidies
Microscopie électronique
Varaldi et al. 2003 Science 302 pp 1930
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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 dintérêt?
Varaldi et al. 2003 Science 302 pp 1930
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Modélisation
Virus na pas deffet 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
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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
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(No Transcript)
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Conclusions sur lévolution de la virulence
Ne se résume pas quau modèle Trade -off
Parasite complètement évolué peut être nuisible
pour son hôte
Augmentation de transmission nest pas forcément
synonyme daugmentation de virulence
Emergence de nouvelles théories Ex  coïncidal
evolution  ou  short sighted evolution 
Levin (1996) Emerging Infectious Disease vol 2
n2 pp93-102