Archive de la catégorie 'Questions de recherche'

Le vétérinaire, le systématicien, et le thermocycleur

Posté par Timothée le 12 June 2008 | , , , , ,

GyrodactylusImaginez la scène suivante. Un vétérinaire rencontre deux confrères, un systématicien adepte de la microscopie, et un autre plus porté sur la biologie moléculaire. Avec un problème bien particulier en tête. Depuis quelques jours, des parasites envahissent les bassins d’aquaculture (ou plutôt les poissons qu’ils contiennent) dans lesquels il travaille. Il faut donc déterminer, rapidement, si ces parasites sont dangereux et risquent de décimer l’élevage.

A charge pour ses confrères de le renseigner sur l’identité de cette espèce. Notre vétérinaire a donc pris avec lui deux individus, et les distribue a ses deux confrères.

Le premier sort de sa poche un microscope (c’est de la science fiction, je distribue des microscopes de poche si j’en ai envie), monte le parasite entre lame et lamelle, branche sa caméra, son ordinateur, et commence son identification. Avec quelques observations bien senties, les mesures morphométriques qui correspondent (avec par exemple la même méthode que Shinn et ses collaborateurs). 5 minutes plus tard, notre systématicien rend la lame avec le parasite au vétérinaire, et lui donne son diagnostic, sous forme d’un nom d’espèce. Hautement pathogène.

Son collègue plus porté sur la biologie moléculaire prend le parasite (préalablement placé dans un peu d’alcool), et direction le labo. Une petite journée d’extraction, on décongèle les bons primers, une ou deux PCR, et direction le séquençage. Trois jours plus tard (c’est de la fiction…) réception des séquences. Un peu de bioinformatique, pour le fun, et notre deuxième systématicien décroche son téléphone pour appeller son collègue vétérinaire.

— J’ai fini d’analyser ta bestiole, et…

— Trop tard, j’ai déjà l’identification, c’est salaris

— Le BLAST dit la même chose, mais…

— Mais quoi?

— … mais le BLAST ne donne par un super résultat, les distances génétiques entre ta souche et les autres sont trop grandes, ça ne peut pas être la même espèce.

— Alors, on fait quoi?

— Aucune idée. Bon courage!

Ca peut semble surréaliste, mais dans la réalité, même si les données morphologiques nous hurlent que deux individus appartiennent à la même espèce, les distances génétiques peuvent être très importantes. Et Hansen et son équipe ne disent pas autre chose, en estimant que la diversité du genre Gyrodactylus, dont 400 espèces sont connues, pourrait être en réalité de 25000 espèces.

Et comme un fait exprès, c’est un des résultats que j’ai obtenu pendant mon stage, durant lequel j’ai travaillé sur les Lamellodiscus parasites de sparidés (vous pouvez lire le mémoire ici, 40 pages, PDF, 4.2Mo). Il existe de fortes présomptions que la diversité réelle des Lamellodiscus, des Gyrodactylus, et pourquoi pas de l’ensemble des monogènes. Ce qui finira pas poser plusieurs problèmes.

Pour les vétérinaires, déjà, il est important de trouver des marqueurs qui permettent de déterminer si une souche est pathogène ou non. Si les distances entre individus sont très importantes, cette tache va devenir très difficile.

Pour les évolutionnistes, comprendre le profil de spécificité, l’histoire évolutive, et d’autre choses encore, demandent une phylogénie robuste. Qu’il est très difficile d’obtenir sans un échantillonage intensif, et même dans ce cas, il est possible qu’on aie des difficultés à mettre clairement des espèces en évidence.

Sur ces bonnes paroles, je m’en retourne à la préparation de mes soutenances pour les écoles doctorales… C’est pas une vie, d’être en M2…

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Ecto, méso, endo… immuno?

Posté par Timothée le 24 May 2008 | ,

Sous le titre de ce billet se cache en fait une réflexion profonde et intéressante, du moins aussi profonde et intéressante qu’il me soit possible d’en fournir après deux semaines la tête dans le guidon à rédiger mon mémoire, qui depuis peu est en cours de correction. Vous n’êtes sans doute pas au courant, mais les biologistes aiment beaucoup se simplifier la vie, et créer des catégories pour tout ce qui bouge. La première question quand on tombe sur une espèce inconnue, c’est de se demander “ou je le range”. Et on ne limite pas notre folie du rangement à la phylogénie. On classe les bactéries en fonction de ce qu’elles métabolisent, les virus en fonction de leur génome, divers organismes en fonction de leur tolérance à la salinité, la température, et bien d’autres choses encore. Le biologiste aime l’ordre, dans tout chose, sauf sur son bureau.

Et les parasites? J’y viens. Les parasites, vous vous en doutez, on aussi leur lot de subdivisions. Comme “un parasite” ce n’est pas défini par beaucoup plus de critères que l’exploitation d’un autre être vivant, on a trouvé beaucoup de manières de les ranger. Selon leur spectre d’hôte (spécialistes contre généralistes, si on fait simple, mais on peut avoir des classifications plus subtiles qui tiennent compte de la proximité évolutive, écologique des hôtes, ou même de la date de description de l’espèce). Selon leur groupe taxonomique, aussi. Et selon l’endroit qu’ils habitent. Et c’est la que ça devient drôle, parce que personne ou presque n’est d’accord sur le nombre exact de subdivisions à créer.

On m’a appris qu’il y en avait deux. Puis trois. Puis re-deux. On m’a aussi dit que ça n’avait pas trop de sens. On m’a menacé de flagellation si j’adhérais aux thèses de quelques hérétiques qui prétendaient encore qu’on pouvait parler de 3 groupes, et promis mille souffrances si j’osais soutenir ces obscurantistes qui pensaient que tout se divisait en deux catégories. Quelles catégories? C’est assez simple.

Un parasite peut être soit dedans (son hôte), soit dehors, soit un peu dedans mais pas vraiment. On aurait donc tendance à diviser les parasites en ectoparasites, endoparasites, et mésoparasites. Prenons une tique, par exemple, qui s’accroche sur la peau de son hôte. Elle est clairement dehors, c’est un ectoparasite. Toxoplasma gondii, en revanche, vit dans les cellules de son hôte, et on peut difficilement faire plus “à l’intérieur” qu’en étant dans la cellule; il est donc endoparasite. Et le Taenia solium, alors? C’est bien plus problématique. Il vit dans le tube digestif, ça ne fait pas de doute. Et le tube digestif, c’est “à l’intérieur”, me direz vous. Donc endoparasite. Oui mais non, n’allons pas si vite, le tube digestif est (c’est même de la qu’il tire son nom) un tube, autrement dit, on est quand même à l’extérieur de l’individu. On est donc dans la situation du “un peu dehors mais pas vraiment”, ce qui fait du taenia un mésoparasite.

Seulement voila, ce concept de mésoparasite n’a pas que des partisans. Ceux qui s’y opposent font valoir qu’être à l’intérieur, même d’un tube, c’est être à l’intérieur, et qu’on appartient de fait aux endoparasites. Je me souviens avoir examiné ce qui faisait de mes petits parasites (qui vivent sur les branchies) des ecto ou des endoparasites: ils vivent au contact du milieu extérieur (ecto), mais dans une cavité de l’hôte (la cavité buccale, donc méso). Au final, j’ai tranché, et ce sont des ectoparasites.

Est-ce qu’il n’existe pas une autre méthode de décider si on a bien à faire a des ecto/endo/mésoparasites que de regarder simplement où ils habitent? N’est-il pas temps de passer de “dis moi où tu habites, je te dirais qui tu es” à “dis moi comment ton hôte essaie de te coller une raclée, je te dirais qui tu es”? N’est-il pas tout aussi judicieux (et biologiquement exact!) de caractériser les parasites en fonction de la défense qu’ils activent chez leur hôte?

Vous l’aurez compris, c’était la raison de la présence du mot “immunologie” (quoique dans sa forme vernaculaire…) dans le titre de ce billet. Je n’ai pas de réponse à apporter, et je ne sais pas si quelqu’un a déjà essayé de voir s’il était possible de classer les parasites de manière fonctionelle, en se concentrant sur la réponse qu’ils provoquent chez leur hôte.

Note : je vais probablement m’enkyster (au labo) quelques temps, et négliger éhontément ce blog. J’ai un mémoire à finir, une présentation à préparer, et, paraît-il, quelques soutenances pour obtenir une bourse de thèse à préparer. Retour d’ici un mois pour de nouvelles aventures (avec comme guest stars, Oh c’est original, des parasites et des poissons… On ne se refait pas…)

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Spécificité et spéciation : synthèse bibliographique

Posté par Timothée le 15 May 2008 | , , , ,

Ce qui m’occupait beaucoup ces derniers jours vient de se terminer ce soir, avec la sortie de l’imprimante de 5 petits mémoires d’une bonne quatorzaine de pages chacun. Le thème? Spécificité et spéciation, autrement dit, quels liens entre le fait d’exploiter une ou plusieurs ressources, et la tendance d’une espèce à se séparer en plusieurs…

L’occasion d’une lecture en avant première, puisque le jury l’aura demain après-midi. Si vous vous lancez dans l’exercice — prévoyez de l’aspirine —, vous retrouverez des choses déjà évoquées ici : l’importance de connaître le spectre d’hôte des pathogènes quand on fait de la santé publique, mais aussi des modes de spéciation que j’ai évidemment beaucoup plus détaillé dans la synthèse que dans le billet (l’occasion de révéler que ce blog me sert aussi de bloc-notes, de temps en temps…).

Bref, si vous avez une longue soirée d’été à ruiner, le fichier au format PDF (1.4 Mo) est ici.

C’est un signe que des billets un peu construits sont à prévoir? Pas le moins du monde… J’ai encore un peu de travail à finir avant…

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Pourquoi faut-il un bon échantillonnage pour reconstruire une phylogénie?

Posté par Timothée le 12 May 2008 | , , , , ,

Ne nous y trompons pas, je ne vais pas faire un billet long et exhaustif sur le sujet, ni même entrer trop dans les détails de comment on procède pour inférer une phylogénie, c’est à dire les “liens de ressemblance”[1] entre les êtres vivants (et c’est bien dommage, mais je n’ai pas le temps… j’ai passé une demi heure à retrouver mon mac perdu sous 30cm de papiers qui jonchent mon bureau, ou presque). Je vais seulement illustrer par un petit exemple ce qui se passe quand on essaie de le faire à partir de trop peu d’espèces.

Je confesse que la préparation de ce billet ne m’a pas mangé trop de temps : j’ai ouvert mon fichier de séquences, j’en ai extrait 7, fait un arbre, et idem avec l’ensemble des séquences de mon petit genre à moi. Les séquences que j’ai pris sont celles du gène du 18S rRNA), parce que c’est le seul marqueur dont on dispose à l’heure actuelle — pour toutes les espèces, et c’est justement le point important de ce billet —, qu’il s’aligne bien entre espèces, tout en étant assez discriminant.

Pour information, les noms des espèces sont tronqués à 10 caractères, puisque le fichier de base est en format Phylip, qui impose cette restriction.

Quelques remarques avant de commencer : je n’avais pas le temps de me lancer dans une analyse très poussée, autrement dit, je n’ai pas bouffé du temps de calcul à déterminer le meilleur modèle, ni paramétré outre mesure PhyML[2], utilisé pour reconstruire les arbres[3]. Dès que j’aurais fini mon stage, je promet de consacrer un billet à expliquer comment j’aurais dû faire ces analyses dans les règles de l’art, en présentant en plus quelques outils bien libres, bien online, bien geeky.

Arbre avec 6 espèces et un extra-groupeLe vif du sujet, maintenant. Pour mon premier arbre, j’ai sélectionné de manière aléatoire ou presque (cliqué un peu au pif dans mes séquences) 6 espèces de Lamellodiscus, et l’extra-groupe (je reviendrai sur le billet sus-mentionné dans son rôle). D’un point de vue purement descriptif, on voit que deux groupes se forment (on laisse tranquille ‘D._aequans’, qui sert a enraciner l’arbre), comprenant chacun trois espèces. Les valeurs indiquées à la jonction de deux branches sont les valeurs de bootstrap. Plus elles sont proches de 1000, plus elles indiquent qu’on peut avoir confiance dans ce noeud. Par exemple, le noeud (L._knoeppf/L._ergensi), avec une valeur de 896 (89,6%) est relativement solide.

On va s’intéresser au groupe “du bas”, pour commencer, soit (L._elegans(L._drummon/F._echenei))[4]. On remarque que L._elegans est à la base de ce groupe, avec une valeur de soutien est 664 (ce qui est bien mais pas top, pourrait-on dire). Ce qui doit nous faire penser que L._elegans est “plus ancien” que ses deux comparses. Retenez bien cette information, c’est important pour la suite.

Dans le groupe du haut, maintenant, on voir que L._knoeppf et L._ergensi sont proches, et qu’a priori, au vu de la valeur de bootstrap, on peut avoir confiance en cette proximité.

Arbre completOn passe maintenant à l’arbre que j’ai patiemment reconstruit (ça reste assez passif comme méthode, l’algorithme de Guindon & Gascuel a fait le gros du travail), que vous pouvez voir à gauche de ce paragraphe. Si je n’avais pas été une parfaite feignasse — et que j’avais eu un peu plus de temps — j’aurais bien pu mettre les espèces du premier arbre en gras, mais vous pouvez toujours vous amuser à les chercher…

On va s’intéresser aux caractéristiques importantes de ce nouvel arbre, et surtout à la position de L._elegans. Et la surprise, au lieu d’être à la base de son groupe, il se retrouve en position terminale (4ème position en partant du haut). Comment est-ce possible? Facile, il a été victime de l’attraction des longues branches dans le premier arbre, et on a rompu cette attraction en ajoutant des taxons dans le second arbre[5]! Certains méthodes de reconstruction phylogénétique ont tendance à regrouper les espèces qui évoluent vite, partant du principe que plus on a accumulé de mutations, plus on a eu de temps pour le faire, ergo on va aller se brancher très près de la racine de l’arbre. Or, rien ne dit qu’on ne soit pas en train d’observer un taxon qui évolue rapidement, et qui dans le même temps que ses petits collègues, va accumuler 2, 3, 10 fois plus de mutations. Et pour le savoir, il est nécessaire de faire l’analyse en incorporant des taxons proches de celui qu’on suspecte avoir subi cette attraction.

Et de fait, dans notre cas, L._elegans n’est pas un taxon ‘ancestral’, mais bien un petit malin qui s’amuse a évoluer plus rapidement que ses petits camarades. Et la place de L._elegans en tant que racine du petit groupe contenant L._drummon/F._echenei est maintenant occupée par L._virgula[6].

De manière plus anecdotique, on remarque qu’entre L._ergensi et L/_knoeppf, qui étaient pourtant voisins dans l’arbre précédent, L._fratern est venu s’intercaler.

Que retenir de ce petit exemple?

D’une part, qu’une phylogénie à laquelle il manque beaucoup de taxons est soumise à des artefacts de reconstruction, et donc n’a qu’une valeur toute relative.

D’autre part, que les valeurs de bootstrap ne signifient pas que le noeud est fiable : elles ne font que nous dire, qu’avec les données dont on dispose, ce noeud est robuste. Robustesse et fiabilité ne sont pas la même chose, et il faut y faire attention.

Tout ça pour dire qu’un travail de bon vieux naturaliste est nécessaire, pour caractériser au mieux la diversité des groupes qu’on étudie, mais qu’il faut aussi un travail important de séquençage, pour reconstruire des histoires évolutives les plus précises possibles. Ce que je m’empresse de retourner faire…

Notes

  1. A la différence de la “généalogie”, qui travaille sur les liens de parentés []
  2. J’ai utilisé la version locale, avec 1000 réplicats de bootstrap, une méthode qui permet de vérifier la “solidité” de l’arbre, ce qui a tendance a demander un temps de calcul assez important sur mon MacBook []
  3. Je m’en veux beaucoup, je pense que ça mérite amplement d’aller brûler en enfer pour plusieurs éternités tellement c’est un affront à ceux qui m’ont patiemment enseigné la phylogénie []
  4. Furnestinia echeneis est un parasite d’un autre genre, mais qui d’un point de vue moléculaire appartient aux Lamellodiscus. Il a d’ailleurs été répertorié un peu vite comme Lamellodiscus echeneis par MarBEF. []
  5. C’est à ce moment la que j’avoue un léger biais dans mon échantillon de départ… Mais c’était pour le bien de ce billet! []
  6. Cet arbre n’est pas non plus totalement exhaustif, puisque je n’avais pas toutes les séquences de 18S dans mon fichier, et que je n’avais pas trop le temps d’aller chercher celles qui me manquaient sur GenBank []

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Le spectre d’hôte des pathogènes est-il une information utile en santé publique?

Posté par Timothée le 23 April 2008 | , , ,

J’ai récemment parlé de travaux visant a déterminer les différents facteurs impliqués dans l’émergence d’un agent pathogène. Si mon dernier billet visait à comparer des différences dans la méthodologie, il est temps de passer à des choses plus biologiques, plus proches aussi — je l’avoue — de mes préoccupations quotidiennes. Au programme du billet d’aujourd’hui, donc, une réflexion sur l’importance de la connaissance du spectre d’hôte d’un pathogène quand on fait de la santé publique. On peut être tenté de se demander où cette question trouve son origine. La réponse est assez simple. Mais pour commencer, quelques concepts.

Spectre d’hôte, spécificité, et autres

Il existe différentes manières de définir la spécificité d’un parasite. Certains auteurs ont proposé de mesurer le nombre de tissus, de types cellulaires qu’un pathogène peut atteindre. D’autres — Lymbery en tête — pensent qu’il est tout aussi judicieux de s’intéresser au nombre d’espèces qu’un parasite peut atteindre. J’en profite pour une remarque; il est possible que j’utilise parasite et pathogène de manière assez identique. Question d’habitude. D’autres auteurs enfin ont considéré que si le nombre d’hôtes était important, il fallait aussi prendre en compte leur proximité phylogénétique.

Dans notre cas, nous allons nous contenter du nombre total d’hôtes, même si les autres points de vue sont tout aussi défendables, pour deux – discutables – raisons. D’une part, on va se concentrer sur les émergences, et plus précisément le passage de l’animal à l’homme; d’autre part, la majorité des études précédentes a retenu le spectre d’hôte comme information principale. La première raison peut être contredite en avançant que considérer la proximité phylogénétique est tout aussi pertinent (ce qui est vrai), et la seconde en rappelant que ce n’est pas parce que tous les imbéciles sont d’accord qu’ils ont raison (autrement dit, ce n’est pas parce que tout le monde fait la même chose que c’est une bonne façon de faire).

La tendance globale

Plusieurs études se sont intéressées aux tendances globales, partagées par les maladies émergentes. Plutôt que de maladies, je m’intéresse ici aux pathogènes, c’est-à-dire aux organismes qui provoquent les symptômes — pour faire simple. Le travail de Wollhouse & Gowtage-Sequeria dont je parlai dans mon précédent billet a clairement permis de constater que la “probabilité” qu’un pathogène soit responsable d’une émergence dépend… de son spectre d’hôte. Qu’est-ce à dire?

Mettons à part les virus. Nous y reviendrons dans la dernière partie de ce billet. Pour les autres organismes, on observe que ceux qui n’infestent que l’homme — des spécialistes, donc — sont les moins représentés parmi les pathogènes provoquant des émergences. Ceux ayant un spectre d’hôtes non-humains de 1 (un hôte non humain en plus de l’humain) sont plus représentés parmi les émergents, et ainsi de suite jusqu’aux organismes avec 3 hôtes non humains.

Comment l’interpréter? De manière simple, on constate que “plus on en a, plus on en a”, autrement dit, c’est ceux des pathogènes qui ont le plus d’hôte qui sont le plus susceptibles de passer rapidement chez l’homme. Et ceux qui, évolutivement, n’ont qu’un hôte, s’en satisfont tout à fait. Ce qui devrait nous mettre la puce à l’oreille : on dirait bien qu’on a certains pathogènes capables d’aller un peu partout, et d’autres qui sont plus limités…

Des explications biologiques?

Vous imaginez bien qu’on peut trouver des explications biologiques à cette constatation. La restriction d’habitat – le fait de ne pas pouvoir exploiter toutes les niches, ici tous les hôtes – est une problématique classique, et puisque dans ce cas ça m’arrange, je vais séparer les raisons en deux cas (traditionnellement, on parle de restriction par l’adaptation ou par la dispersion, ce que je vais m’empresser de ne pas faire ici).

Tout d’abord, une influence phylogénétique. Prenons le cas des virus, sur lesquels j’avais promis de revenir. J’ai dit que c’était les seuls à ne pas vouloir respecter la tendance globale, et à avoir tendance à émerger beaucoup quel que soit leur spectre d’hôtes non-humains. Pourquoi? Un virus entre dans une cellule en se fixant a un récepteur membranaire, dont certains sont très fortement conservés au cours de l’évolution (pas forcément en séquence, mais au moins au niveau de leurs formes, ce qui est tout aussi important). Et ce n’est pas une surprise si je vous dit que certains parasites sont très restreints à des taxons – groupes d’espèces apparentées — proches (question d’adaptation, je ne vais pas en noircir des pages).

Mais une influence biologique peut être invoquée. Des travaux ont montré que les parasites généralistes avaient une plus grande variabilité – on a des données génétiques et morphométriques — que les spécialistes. Grâce à cette caractéristique, ils sont éventuellement capables de se trouver plus à leur aise sur un nouvel hôte qu’un spécialiste très adapté à son hôte. D’autant plus que le nouvel hôte est proche; la vérification de cette idée n’est même pas forcément compliquée : il suffit de regarder, dans les pathogènes émergents avec aucun hôte humain, comment les hôtes se répartissent d’un point de vue phylogénétique (plus de grands signes, de rongeurs, d’ongulés,…). On doit sans doute pouvoir trancher entre écologie et phylogénie dans ce cas.

Allez, par cette – par nécessairement – habile pirouette, j’en reviens à la vision classique de la restriction d’habitat: par l’adaptation, ou pas la dispersion. Les deux situations évoquées plus haut tombent sous le coup de l’adaptation : on se transfère sur des hôtes qui ressemble à ce qu’on connaît, ou inversement, on est capable de se transférer si on a la capacité d’être variable.

Et la dispersion alors? Si on possède un nombre d’hôtes important, on est potentiellement fortement présent dans l’écosystème, et on a donc plus de chances qu’une de nos larves entre en contact avec un individu qui va lui convenir, et qui deviendra un nouvel hôte – attention, vision simpliste et idyllique de la chose. Mais là, de nouveaux mécanismes entrent en jeu, avec l’intervention de vecteurs, les effets de dilutions, et plein d’autres choses qui tendent à faire mal aux crânes non avertis…

Note : Pas mal de billets en “stade larvaire” ces temps-ci… A prévoir? Peut-être un peu de reconstitution d’histoire évolutive, ou alors de l’immunologie… Selon le temps dont je dispose…

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