Archive for March, 2008

From free-living to parasitism, and back? Le cas des aspidogastres.

Posté par Timothée le 27 March 2008 | , ,

L’un des groupes les plus riches en informations pour comprendre le passage de la vie libre au parasitisme est probablement les . Dans ce phylum, on trouve des organismes libres, des ectoparasites, des endoparasites, des parasites à cycle de vie direct, et d’autres à cycle de vie complexe.

La des , malheureusement, est encore assez floue. On trouve fréquemment des pavés de 40 pages dans les journaux de , qui essaient d’apporter une réponse définitive, sans succès. L’année dernière, un groupe dirigé par Tim Littlewood [1] a proposé une hypothèse intéressante : le parasitisme chez les a une origine commune.

Le parasitisme chez les plathlemynthes? Parlons-en. La plupart des taxons de comportent des parasites (tous ceux là sont appelés les Neodermata, enfin presque). A la base, on trouve les monogènes, ectoparasites à cycle direct, puis les cestodes et digènes, endoparasites à cycle complexe.

Les monogènes ont divergé plus tôt dans l’histoire évolutive des , ce qui fait dire a Littlewood et ses collègues que le parasitisme avec un cycle complexe est un bel état dérivé: les premiers neodermata étaient des ectoparasites de vertébrés, à cycle direct, puis le schéma s’est complexifié.

Le parasitisme implique, instinctivement, une perte d’informations : on confie une partie de son métabolisme à son hôte, on utilise des phénotypes étendus, tout ce genre de choses. Si il est à peu près compréhensible de passer de la vie libre au parasitisme, l’inverse est assez difficilement envisageable. Pour certains parasitologues, c’est même strictement impensable.

Sauf que dans ce cas, un taxon des Neodermata nous pose un sérieux problème. Les aspidogastres sont des trématodes “de base”, avec leurs deux ventouses, leur forme plate ou foliaire, etc… Et une partie d’entre eux sont parasites. Seulement, l’autre ne l’est pas. Si vous observez l’arbre ci-contre, vous devriez voir ou est le problème…

Les aspidogastres sont en plein dans les neodermata, et même en plein dans les trématodes, parasites s’il en est. Le rectangle bleu correspond à l’apparition supposée du parasitisme chez les (les turbellariés sont libres), et le rectangle rouge correspond au passage à l’état d’endoparasites à cycle complexe. Autrement dit, les aspidogastres comprennent des espèces libres, alors que leurs ancêtres sont tout ce qu’il y a de plus parasite…

Si il existe un exemple de réversion vers la vie libre, il est à chercher ici.

Seulement, des problèmes existent encore.

D’une part, ce qu’on appelle les trématodes n’est pas un groupe monophylétique. Mais ce n’est peut-être qu’un résultat artefactuel lié à la composition en bases fortement biaisée chez les schistosomes (et pour en rajouter, l’échantillonnage est biaisé vers eux, qui sont d’importance médicale).

D’autre part, on dispose de peu de séquences (et d’encore moins de protéines) de , hormis ceux qui ont une importance médicale. Les “racines” de l’arbre sont donc très floues (la des turbellariés, par exemple, est un peu le “musée du groupe paraphylétique”).

Et surtout, surtout (j’insiste), l’hypothèse forte de ce modèle (apparition du parasitisme en une fois, avant les monogènes) est fortement mise à l’épreuve par une question simple : les monogènes sont-ils monophylétiques? Il est impossible de trouver des synapomorphies pour soutenir ce clade [2]. Aucune analyse moléculaire ne va dans le sens de la monophylie des monogènes. Et si on cherche à définir des groupes à l’intérieur des “monogènes”, on se heurte à un problème : la classification basée sur les critères au stade larvaire (Oligonchoinea et Polyonchoinea) n’est pas compatible avec celle établie aux stages adultes [3] (Monopisthocotylea et Polyopisthocotylea).

L’étude de Littlewod basée sur des données moléculaires (génome mitochondrial complet) a quelque peu éludé la question: ils n’ont utilisé que le génome du Polyopisthocotylea Microcotyle sebastis, faute d’avoir des génomes mitochondriaux de Monopisthocotylea (c’est maintenant chose faite, même si c’est avec le plus marginal des monopisthocotylea).

S’il advient que les monogènes ne sont pas monophylétiques (et, pire encore, que les monopisthocotylea et les polyopisthocotylea ne sont pas strictement sister-groups), l’hypothèse de l’origine commune du parasitisme risque de tomber à l’eau [4]. On se retrouve donc avec un super sujet de recherche à creuser… et potentiellement un exemple de réversion vers la vie libre. De quoi faire fantasmer pas mal de parasitologues branchés évolution (dont votre serviteur…).

Nota: Ceci est un résumé saupoudré de quelques références d’une discussion qui a eu lieu après que j’ai présenté le dit papier de Littlewood au dernier journal club de mon équipe…

Notes

  1. Park et coll. A common origin of complex life cycles in parasitic flatworms: evidence from the complete mitochondrial genome of Microcotyle sebastis (Monogenea: Platyhelminthes) BMC Evol Biol 7(1) [↩]
  2. Justine Non-monophyly of the monogeneans? Int J Parasitol 28(10) [↩]
  3. Celle que j’utilise personnellement, puisque je travaille sur des adultes, et qu’elle a fini progressivement par prendre le dessus… [↩]
  4. Mais le fait que les hôtes définitifs de tous les neodermata soient des vertébrés me rend assez confiant dans cette hypothèse… [↩]

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Les médecins ont-ils tué la Société Française de Parasitologie?

Posté par Timothée le 21 March 2008 |

L’autre jour, un chercheur de passage au labo — et pas des moindres — nous faisait la remarque, au moment de partir, que les médecins avaient tué la Société Française de Parasitologie. Comment ça?

C’est un fait que les médecins ont tendance à s’infiltrer partout, sournoisement, tel des radis. Parce que quand on réfléchit à ce qu’est la médecine, on arrive à un constat tout simple : c’est l’application de la recherche en amont (il y a bien sûr de la recherche en médecine, mais c’est mineur). Et donc, on a une sorte de gros entonnoir qui va de disciplines très variées vers les médecins, qui appliquent les connaissances.

Le problème, c’est qu’on a depuis quelques temps un courant en sens inverse : les médecins s’invitent un peu partout dans les sociétés scientifiques (en biologie surtout), et dans les journaux, alors qu’ils ont grandement de quoi faire dans leur branche. Et c’est dommage, parce que cette situation tend à éroder incroyablement la diversité des sujets dans certaines disciplines (j’en parlai avec un ami l’autre jour, qui me disait qu’il avait l’impression d’être en Master “Polyarthrite rhumatoïde”…).

Alors qu’on craint un pilotage de la recherche, j’ai l’impression qu’il faudrait considérer une chose toute simple : plus on met de médecins partout, plus on dirige les esprits vers des sujets médicaux, et plus on à tendance à — non pas délaisser — marginaliser une partie des sujets plus théoriques. La , par exemple, n’est pas seulement l’étude de Plasmodium falciparum. On peut aussi faire de l’écologie fondamentale, et de l’évolution.

Finalement, j’aimerai assez qu’on arrive à accepter une sorte de NOMA interdisciplinaire : que les médecins utilisent les avancées de la recherche, s’en tiennent informés, y collaborent est totalement louable (bénéfique, normal, etc). Mais que des domaines entier se polarisent vers leur côté médical, j’ai plus de mal à l’accepter…

Je ne préconise pas pour autant qu’on expulse manu militari les médecins, mais qu’on sache garder les proportions. La recherche en biologie a d’après moi d’autres vocations que de servir la médecine.

Note: C’est la folie en ce moment… Pas de gros billets à prévoir avant une semaine, à moins d’une accalmie imprévue… On peut toujours rêver…

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Brèves #3

Posté par Timothée le 10 March 2008 |

Je croyais que le truc le plus frustrant au monde, c’était d’attendre un mail super important qui n’arrive pas, et de checker toutes les 5 minutes. Ou alors, de regarder ses ADN migrer dans leur gel en se demandant si cette fois ça a marché.

Il y a pire. Bien pire. Il y a Manuscript central, et surtout la ligne qui tue : Status : Awaiting ED Decision. Deux ou trois anonymes ont relu notre travail, fait leurs commentaires, et renvoyé ça à l’éditeur. Qui doit prendre sa décision. Et je suis sur que ce vieux sadique prend un malin plaisir à me laisser mariner depuis une semaine avant de me dire ce qui nous attend pour la suite. Je suis sûr qu’il s’amuse à imaginer mon attente angoissée, et qu’en plus il en parle avec ses collègues à la pause café. Et que ça fait rire tout le monde sauf moi.

Sinon, la semaine va être assez chargée, donc a priori pas de billet sérieux avant vendredi. Et encore, sous réserve que j’aie une connexion internet (j’ai été invité en Ecosse, et je viens de réaliser que mon arrivée à Glasgow est le soir de la Saint Patrick). Pour être sûr, on va dire que j’hiberne jusqu’à mercredi prochain.

Sauf si il se passe des choses vraiment dignes d’intérêt entre temps, sait-on jamais…

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6 choses que vous n’avez pas envie besoin de savoir sur moi

Posté par Timothée le 9 March 2008 |

Tom, ce fourbe, me contraint à sortir de ma torpeur de fin de semaine pour vous livrer sur moi 6 détails, anecdotes atteignant des sommets de banalité.

C’est difficile, parce que je suis quelqu’un d’incroyablement passionnant; j’ai fait du mieux que j’ai pu…

  1. J’aime le tarama, particulièrement sur des biscottes. Avec du jus de pamplemousse. Pour mon 4 heures…
  2. Quand j’avais huit ou neuf ans, j’étais parti faire de la plongée à Banyuls avec mon père. En voyant le labo, j’ai dit Plus tard je travaillerai là bas. Done! Entre temps, j’étais rentré à la fac pour faire de la humaine…
  3. La première chose que j’ai lu est une partition de musique (je n’ai appris à lire qu’après). Même quand je ne transporte pas mon violon avec moi, je garde les deux qui m’ont le plus marqué: la Méditation de Thaïs (Massenet) et la sonate “Le Printemps” (Beethoven).
  4. Je n’ai rien pu lire pendant pratiquement 6 mois après avoir terminé L’insoutenable légèreté de l’être, de Milan Kundera — et je n’en suis pas encore tout à fait remis… Paradoxalement, ayant passé deux mois dans sa ville natale, je n’ai pas même pas fait de pèlerinage.
  5. Je ne me met jamais en colère. Jamais, au grand jamais. On m’a même reproché d’être trop calme.
  6. J’ai choisi de ne pas faire d’éthologie parce que j’avais beaucoup trop peur de l’anthropomorphisme.

Pour la suite, je veux… Une cuvée de scientifiques : Enro, OldCola, Dvanw, El Jj, Sevene, et Nox dont j’ai beaucoup apprécié le premier billet.

PS:Je précise que je participe à la propagation d’un même égoïste, sans toutefois faire le travail analytique de Tom sur la dite propagation. Un petit fichier .dot pour voir la connectance entre les blogs en fonction de leur sujet principal?

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L’intégration de gènes par transfert horizontal prend des millions d’années

Posté par Timothée le 5 March 2008 | , ,

Dans leur papier paru très récemment dans Mol Biol Evol, Lercher & Pal [1] se posent une question toute simple. Si, comme on le pense, les transferts horizontaux (échanges de gènes entre des bactéries) ont une valeur adaptative, et sont utiles dans un nouvel , ces gènes transférés devraient être intégrés aux réseaux existants de manière rapide. Est-ce le cas?

Le transfert d’un gène se fait en trois temps. La première est l’échange physique d’ADN entre les bactéries. Le deuxième est la dissémination de ce gène dans la population (”fixation”) [2], suivie par une étape de fine-tuning par les pressions de sélection. Est-ce aussi rapide qu’on le pense? Ces gènes transférés horizontalement sont-ils “prêts à transcrire”?

Lercher & Pal s’intéressent aux réseaux de régulation dans Escherichia coli K12, et tirent de leur analyse des résultats intéressants.

Interactions protéines/protéines (IPP)

Les gènes ayant été acquis suite à un transfert horizontal (TH) ont moins d’interactions physiques avec d’autres protéines (IPP). Les gènes les plus susceptibles d’être transférés (cette susceptibilité est définie a posteriori, après analyse) ont en moyenne 70% de contacts en moins que les gènes jamais transférés.

Cependant, les protéines codées par ces gènes transférés horizontalement (protéines GTH) représentent entre 13 et 24% des protéines ayant des interactions physiques, alors que les GTH représentent une proportion plus faible du génome. Ce résultat confirme le fait que les TH sont une force évolutive majeure chez les bactéries.

Faible connectivité

On a pensé pendant longtemps (je l’ai dit en intro) que les GTH avaient une activité condition-spécifique, et qu’ils se trouvaient en périphérie des réseaux d’interaction, ce qui a été démontré pour les réseaux métaboliques [3]. Ca semble plutôt logique : on a du mal a concevoir comment un gène arrivant d’un autre organisme pourrait devenir le hub d’un réseau. Ca impliquerait que tous ses partenaires soient déjà présents dans son nouvel hôte, et si c’était le cas, il y a de fortes chances qu’un homologue existe déjà. Il est donc plus “facile” d’intégrer un nouveau gène en périphérie d’un réseau, à un poste “condition-dépendant”.

De la même manière, les gènes impliqués dans des réseaux complexes sont moins susceptibles de faire un TH couronné de succès, selon la complexity hypothesis [4], puisqu’il leur faudra trouver leurs partenaires chez le nouvel hôte pour conférer un quelconque avantage.

Mais en soumettant des mutants KO [5] à 282 conditions environnementales différentes, Lercher & Pal ont montré qu’il n’y avait pas de relation entre le fait d’être à une place périphérique (la condition-dépendance) et le nombre d’IPP [6]. Pour eux, le fait que les gènes transférés récemment aient une connectivité faible ne s’explique pas par des considérations environnementales.

Age et connectivité

Les protéines GTH les plus anciennes (celles qui ont été transférées le plus tôt dans l’histoire évolutive de la lignée) ont en moyenne plus d’IPP que les protéines transférées plus récemment. Les protéines GTH ont (indépendamment de leur “âge”) moins d’IPP que les protéines jamais transférées.

Ce résultat indique que l’intégration d’une nouvelle protéine dans le réseau régulatoire de l’hôte prend du temps (beaucoup de temps), et que les TH sont probablement moins performants quand il s’agit de répondre à un changement environnemental rapide.

Mais plus encore, on voit ici qu’un TH est plus avantageux (et a plus de chances d’aboutir) si les partenaires sont déjà présents dans le nouvel hôte.

Expression et régulation des protéines GTH

Globalement, les protéines GTH sont moins exprimées que leurs consœurs natives. Cependant, on peut facilement trouver un pattern commun. Peu après le transfert, l’expression de la protéine connaît un boost, qui correspond à l’ajout de régulateurs cis positifs. Puis, par la suite, le fine-tuning consiste à ajouter des éléments réprésseurs, pour ajuster le niveau d’expression.

L’hypothèse qu’on fait, c’est que le taux d’évolution est plus rapide en amont du gène (et plus précisément dans les 500pb avant le gène, où se trouvent la majorité des éléments de contrôle de la transcription chez les bactéries). Et de fait, ces régions évoluent très vite. Comme souvent, la régulation porte plus sur la régulation du gène que son contenu…

Ce pattern est retrouvé aussi quand on regarde la coexpression des protéines GTH avec leurs partenaires (autrement dit, les protéines non transférées avec lesquelles elles ont des IPP). De très chaotique au début, le profil de coexpression s’affine au cours du temps.

Pour conclure…

Lercher & Pal ont donc montré que, dans la globalité, une forte connectivité est un obstacle au TH dans les réseaux de régulation chez les bactéries… Plus un réseau est connectant, plus il est robuste, et… plus il est difficile de s’y insérer [7].

Mais les GTH s’y prennent en trois temps : avec une évolution plus rapide de leur régulation, une complexification au cours du temps de leurs éléments cis qui affine leur expression, et une meilleur coexpression avec leurs partenaires.

Et surtout, Lercher & Pal mettent en avant quelque chose qui risque de faire dresser les cheveux sur la tête de pas mal de partisans de l’irreducible complexity (le courant le plus proche de la science de toute la mouvance du dessein intelligent). Il est possible qu’un facteur de transcription et ses cibles évoluent indépendamment. Il est possible de s’échanger des éléments entre réseaux différents, et de les faire travailler ensemble. Il est possible d’insérer des éléments dans un réseau existant, et que ça confère un avantage sélectif. Et plus encore, les gènes peuvent gagner des éléments cis (ou en perdre) selon les circonstances environnementales. Ces constats étaient déjà largement répandus, mais ces résultats les renforcent davantage.

Notes

  1. Lercher & Pal (2008) Integration of Horizontally Transfered Genes into Regulatory Interaction Networks Takes Many Million Years, Mol Biol Evol 25(3):559–567 [↩]
  2. Il faut globalement que le gène transféré confère un avantage sélectif pour qu’il se fixe, où qu’il soit neutre [↩]
  3. Pal, Papp & Lercher (2005) Adaptative of bacterial metabolic networks by horizontal gene transfer Nat Genet 424:194-197 [↩]
  4. Jain, Rivera & Lake (1999) Horizontal gene transfer among genomes= the complexity hypothesis PNAS 96:3801-3806 [↩]
  5. Auxquels on a enlevé un gène pour en comprendre la fonction [↩]
  6. Cette partie du papier n’est pas très claire, à mon avis, mais je suis loin d’être un spécialiste du domaine [↩]
  7. Lenski, Barrick & Ofria (2006) Balancing Robustness and Evolvability PLoS Biology http://biology.plosjournals.org/perlserv/?request=get-document&doi=10.1371/journal.pbio.0040428 [↩]

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