Contributeurs: Vincent Bonhomme, VincentC, Antoine Rombaut

 français   Dernière modification le: 14/08/17 - Crée le: 31/03/17


De sympathique à tyrannique : la manipulation de la mouche du vinaigre par leurs microbes

par Antoine Rombaut

Vous êtes sur la version de travail d'un article en brouillon. Quand vous serez prêt.e.s, vous pouvez la proposer à la révision en apposant {{Révision?}} dans l'article.
Contributeurs : Antoine Rombaut, Vincent Bonhomme, VincentC · Éditeur : Vincent Bonhomme (d · c · b)
Date création : 31 mars 2017 · Date révision : ?date_rev · Version révision : ?id_rev
Lien court : https://shakepeers.org?curid=960

Les mouches sont-elles maîtresses de leurs décisions ? Chez Drosophila melanogaster, la mouche du vinaigre, l'implication des microbes symbiotiques, le microbiote, dans la manipulation du comportement de leur hôte se révèle plus importante que ce que nous le pensions au début du XXIe siècle.

On attire bien les mouches avec du vinaigre

À l'inverse des microbes causant des maladies, les microbes symbiotiques, vivent dans un organisme, lui apportent de très nombreux avantages protection contre les pathogènes, l'aide à la digestion, la dégradation de toxines, etc. Plus surprenant, ils peuvent également avoir une influence sur le comportement de l'organisme hôte. Ainsi, un déséquilibre du microbiote humain a été relié à la dépression, l'anxiété ou encore la mémoire[1].

Drosophila melanogaster
L'organisme modèle : Drosophila melanogaster

Le modèle d'étude de référence du microbiote animal est Drosophila melanogaster, la mouche du vinaigre. Cette drosophile, très connue des élèves de lycée pour ses beaux yeux rouges ou blancs, est aussi une célébrité dans la recherche en génétique, en évolution, en physiologie mais aussi en microbiologie. On la qualifie d'organisme modèle en biologie, car elle est facile à élever et à manipuler, possède un cycle de vie rapide de 15 jours de l’œuf à l'adulte, et c'est fut logiquement le premier animal dont on a entièrement séquencé le génome en 1998.

Contrairement au microbiote humain dont on estime qu'entre 300 et 1000 espèces de microbes sont présents dans le tractus digestif[2], celui des drosophiles est généralement très simple, compris entre 4 et 8 espèces (Erkosar et al., 2013). De plus, il est facile au laboratoire de modifier ce « microbiote drosophilien » contrairement à celui l'humain pour des raisons évidentes d'éthique, bien que certaines maladies humaines comme la colite pseudo-membraneuse commencent à être traitées par transplantation fécale qui modifie le microbiote.

Ces microbes symbiotiques ont évolué en développant des stratégies de manipulation de leur hôte afin de favoriser leur reproduction ou leur prolifération.

L’art d’être désiré(e)

Parfois, bien que ne dépendant pas de l'hôte pour se reproduire sensu stricto, certains microbes vont l'utiliser afin de contrebalancer leur principal désavantage : leur mobilité.

Les levures constituent l'une des sources principales de nourriture de la drosophile, qui va les consommer afin d'avoir un apport de protéines, essentielles à son développement. Quand au bactéries, bien que « non essentielles » à la mouche, elles vont lui apporter de nombreux avantages, allant de l'extraction de composés bénéfique à la protection de leur source de nourriture contre des pathogènes. Paradoxalement, la vaste majorité de ces microbes mourront digérés dans le tractus digestif de la mouche.

Pour les microbes, les avantages d'être consommées par la mouche sont multiples. D'une part, le développement des larves sur un fruit va permettre à ces microbes de proliférer par l'action mécanique de mastication. D'autre part, en s'accrochant à la cuticule -la surface- des adultes, ces microbes vont pouvoir coloniser de nouveaux milieux qui leur seraient inaccessibles autrement. Microbes et drosophiles ont ainsi coévolué : les premiers pour se signaler aux mouches, les secondes pour détecter les composés émis par les microbes.

On a découvert que ce n'était pas le fruit en lui même qui allait attirer la mouche, mais les composés produits par les microbes se développant sur le fruit. La mouche va ainsi pondre ses œufs, les larves qui en éclosent se développent, favorisent la multiplication microbienne, se métamorphosent en adultes qui vont pouvoir ensemencer en microbes de nouveaux fruits. La boucle est bouclée.

Pêche en décomposition, causée par les microbes se développant dessus

Ces composés ne peuvent pas être produits par une seule espèce de bactérie ou de levure : ce sont les interactions entre différentes espèces de microbes qui vont donner le cocktail le plus attractif. Caleb Fischer et ses collaborateurs ont ainsi montré que la présence conjointe de bactéries du genre Acetobacter et de levures du genre Saccharomyces étaient plus attirantes que leur « présence seule » {{{1}}}.

Ces interactions, bénéfiques à la fois à la mouche et aux microbes, sont qualifiées de mutualistes. On explique l'apparition de ce type d'interaction au cours de l'évolution par un mécanisme appelé construction de niche. L'exploitation d'une niche, par exemple un fruit éventré, est beaucoup plus efficace quand mouches et microbes sont présents au même endroit. Les ingrédients de la coévolution : les microbes qui attiraient plus les mouches ont été favorisés au cours du temps, et les mouches sensibles aux composés produits par ce microbes de même (Fischer et al. 2017).

Marionnettiste intérieur

Ce phénomène de coévolution a amené à des interactions plus intimes que la simple attraction à distance. La consommation de bactéries du genre Lactobacillus a été associée à un changement de la composition des hydrocarbures cuticulaires qui composent l'odeur de la mouche. Cette modification de l'odeur de la mouche entraîne un changement de son comportement sexuel : un mâle et une femelle avec la même odeur auront plus tendance copuler ensemble qu'avec un partenaire d'odeur différente (Sharon et al., 2010). L'avantage de cette manipulation pour ces microbes est encore sujet à débat, une hypothèse serait que ce phénomène pousserait à un isolement reproducteur, pouvant éventuellement amener à terme à une spéciation[3] permettant la colonisation de nouveaux milieux.

Wolbachia sp. dans une cellule d'insecte

Un genre bactérien, Wolbachia, a poussé la manipulation de l'hôte à l'extrême en modifiant directement les organes reproducteurs des individus . Ces bactéries sont des parasites obligatoires qui infectent près des ⅔ des espèces d'insectes. Elles vont nécessiter pour se disperser d'infecter les ovocytes[4] maternels, l'infection se propageant donc par la mère d'une génération sur l'autre, on parle aussi de transmission verticale.

Afin d'optimiser leur transmission, Wolbachia va provoquer de l'incompatibilité cytoplasmique : dans le cas le plus simple, les mâles infectés, qui ne pourront pas transmettre le parasite, n'auront aucune descendance s'ils copulent avec une femelle saine. Une fois présente dans une population naturelle, Wolbachia va ainsi progressivement infecter tout les individus, car seules les femelles infectées ou les couples sains pourront donner une descendance viable.

Schéma illustrant l'incompatibilité cytoplasmique, à gauche en présence d'une souche, à droite de 2 souches de Wolbachia). Les cas CI (Cytoplasmic Incompatibility) correspondent à une descendance non viable.
WORK IN PROGRESS, suite Wolbachia et jolie conclusion.

Références

  1. Wang, H., Lee, I. S., Braun, C. & Enck, P. 2016 Effect of probiotics on central nervous system functions in animals and humans: A systematic review. J. Neurogastroenterol. Motil. 22, 589–605. (doi:10.5056/jnm16018)
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Human_Microbiome_Project
  3. apparition d'une nouvelle espèce, plus d'infos : https://fr.wikipedia.org/wiki/Sp%C3%A9ciation
  4. œufs non fécondés.