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29.11.2014
Forte évolvabilité des moustiques vecteurs du paludisme

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Les moustiques anophèles sont les uniques vecteurs du parasite responsable du paludisme, une maladie qui touche chaque année près de 200 millions de personnes et en tue plus de 600 000. Cependant, parmi les quelque 500 différentes espèces d’Anophèles[/i], quelques douzaines seulement sont porteuses du parasite et une petite poignée est à elle seule responsable de la majeure partie des cas de transmission. Une équipe internationale de scientifiques incluant des chercheurs de la Faculté de Médecine de l’Université de Genève et du SIB Institut Suisse de Bioinformatique a séquencé les génomes de seize espèces d’Anophèles issues du monde entier en vue de déterminer les différences entre les moustiques vecteurs du parasite meurtrier et leurs cousins, plus inoffensifs, mais somme toute irritants. Deux articles publiés aujourd’hui dans la revue Science décrivent en détail les comparaisons génétiques entre ces espèces, y compris la plus mortelle d’entre elles, l’Anophèles gambiae. Ces résultats offrent de nouveaux aperçus quant à la façon dont ces espèces sont liées entre elles, et à l’influence de l’évolution dynamique de leur génome sur leur capacité d’adaptation à différents environnements et leur à trouver leur repas sanguin chez l’homme. Ces nouvelles informations, qui viennent augmenter considérablement les données déjà disponibles, permettront de mieux comprendre les caractéristiques biologiques des moustiques et aideront à lutter contre des maladies qui ont un impact majeur sur la santé publique mondiale.

Parmi les centaines d’espèces d’Anophèles existantes, seulement quelques douzaines transmettent le parasite du paludisme à l’homme - et une petite poignée d’entre elles est vecteur de maladies redoutables. Bien que la moitié de la population mondiale soit exposée au paludisme, la plupart des décès se produisent en Afrique subsaharienne, terre de l’Anopheles gambiae, le vecteur principal de la maladie. Les variations dans la capacité de transmission de la maladie, ou « capacité vectorielle » des Anophèles, dépendent de nombreux facteurs tels que les préférences d’alimentation et de reproduction et la réponse immunitaire aux infections. Les connaissances actuelles reposaient sur le séquençage du génome des Anophèles gambiae effectué en 2002. Ce séquençage a permis de nombreuses études fonctionnelles et apporté de nouveaux éclairages sur les mécanismes qui permettent à ce moustique si pernicieux de se spécialiser et de s’adapter pour survivre parmi les humains et se nourrir de leur sang.

L’absence de ressource génomique pour les autres Anophèles limitait jusqu’à présent les recherches à des comparaisons génétiques à l’échelle de quelques gènes, n’offrant ainsi qu’une vue très restreinte pour étudier les attributs génétiques clés de la capacité de transmission parasitaire. Pour remédier à ces lacunes, une équipe de chercheurs dirigée par le Professeur Nora Besansky de l’Université de Notre Dame (Indiana, Etats- Unis) a séquencé les génomes de 16 espèces d’Anophèles. « Nous avons sélectionné des espèces d’Afrique, d’Asie, d’Europe et d’Amérique latine », explique le Prof. Besansky, « qui représentent un panel d’espèces couvrant diverses distances évolutives des Anophèles gambiae, diverses conditions écologiques et divers degrés de capacité vectorielle ». Les travaux de séquençage et d’assemblage réalisés au Broad Institute ont été financés par le NHGRI sous la direction du Docteur Daniel Neafsey. Les échantillons proviennent de colonies de moustiques conservés au Centre de Prévention et de Contrôle des Maladies aux Etats-Unis, et de moustiques élevés ou capturés sur le terrain dans divers pays : Australie, Burkina Faso, Cameroun, Chine, Guinée Equatoriale, Inde, Indonésie, Iran, Kenya, Gambie, Malaisie, Myanmar, Papouasie-Nouvelle-Guinée, Iles Salomon, Afrique du Sud, Thaïlande, Vanuatu, Vietnam, et Zimbabwe. « Réunir suffisamment d’échantillons d’ADN de haute qualité pour toutes les espèces relevait du défi », précise le Dr Neafsey, « et il nous a fallu concevoir et employer de nouvelles stratégies pour surmonter les difficultés liées aux variations dans les séquences d’ADN, surtout en ce qui concerne les moustiques capturés dans la nature ».

Une fois les génomes assemblés, des scientifiques du monde entier ont examiné les gènes impliqués dans les différents aspects de la biologie des moustiques, incluant entre autres leur reproduction, leur système immunitaire, leur système chimio-sensoriel, et leur résistance aux insecticides. Des études aussi détaillées sur autant d’espèces différentes ont nécessité des analyses de biologie évolutionnaire computationnelle de grande envergure menées sous la direction du Docteur Robert Waterhouse de la Faculté de Médecine de l’Université de Genève et du SIB Institut Suisse de Bioinformatique. « Un projet de cette ampleur requiert une planification détaillée et une coopération intensive », explique le Dr Waterhouse, boursier Marie Curie en post-doctorat dans le groupe du Prof. Zdobnov à l’UNIGE et au SIB. « Le programme Marie Curie de l’Union Européenne a reconnu toutes ces qualités dans mon projet de recherche et m’a octroyé une bourse pour visiter l’Institut de technologie du Massachussetts (Massachusetts Institute of Technology) où j’ai pu étudier ces moustiques».

Les chercheurs ont effectué des comparaisons génétiques entre les Anophèles et d’autres espèces, y compris d’autres insectes. Leur objectif : identifier les gènes équivalents, mais aussi souligner des différences potentiellement importantes. « Pour étudier les fonctions des milliers de nouveaux gènes identifiés dans chaque génome d’Anophèles, nous avons cherché les similarités avec les gènes d’Anophèles gambiae et d’autres organismes bien connus tels que les mouches à fruits » explique le Dr Waterhouse. L’étude de l’évolution génétique de l’ensemble des espèces Anophèles a révélé une vitesse de perte et de gain de gènes très élevée et près de cinq fois supérieure à celle des mouches à fruits. Certains gènes, notamment ceux impliqués dans la reproduction ou ceux codant pour les protéines secrétées dans la salive des moustiques, présentent un taux d’évolution très élevé et sont uniquement présents dans un sous-ensemble d’espèces apparentées. Le Dr Neafsey explique que « Ces changements dynamiques pourraient donner des indices sur la diversification des moustiques Anophèles : pourquoi certains se reproduisent dans les eaux salées alors que d’autres ont besoin d’eau douce, pourquoi certains sont attirés par le bétail alors que d’autres se nourrissent de sang humain ».

Ces nouvelles ressources génomiques apportent aussi un éclairage nouveau sur les relations et l’histoire phylogénétique entre les espèces jumelles à l’Anophèles gambiae. L’étude qui couvre une échelle évolutive très récente, a été conduite sous la direction du Prof. Besansky et du Docteur Michael Fontaine (précédemment professeur assistant à l’Université Notre Dame et maintenant à l’Université de Groningen aux Pays Bas). « Bien que morphologiquement semblables, ces espèces présentent des différences écologiques importantes qui influencent leurs capacités vectorielles», précise le Prof. Besansky. « Nos travaux montrent que les vecteurs les plus efficaces ne sont pas forcément les espèces les plus proches. Les caractéristiques qui accentuent la capacité d’une espèce vectrice peuvent être dues aux échanges génétiques entre espèces. » Cette étude renforce ainsi nos connaissances sur le processus de flux génique entre espèces – un processus qui se serait aussi produit entre Néandertaliens et ancêtres de l’homme moderne – et son impact éventuel sur l’évolution des caractéristiques biologiques communes ou distinctes des moustiques, telles que la flexibilité écologique ou la capacité vectorielle.

Ces deux études à différentes échelles évolutives – sur l’ensemble des Anophèles ou sur un sous-ensemble d’espèces très étroitement liées – nous offrent deux éclairages distincts sur les processus impliqués dans la formation du génome actuel de ces moustiques. Les profils d’évolution dynamiques pourraient correspondre à la signature génomique d‘une évolvabilité inhérente qui a permis aux moustiques Anophèles de s’adapter rapidement à de nouveaux habitats humains pour ainsi devenir le plus grand fléau de l’humanité.

A propos du SIB www.isb-sib.ch

[b]Contacts

Dr Robert M. Waterhouse, Département de médecine génétique et développement
robert.waterhouse@unige.ch, Tél. +41 22 379 54 32

Irène Perovsek, Responsable Communication, SIB Institut Suisse de Bioinformatique
irene.perovsek@isb-sib.ch, Tél. +41 21 692 40 54 / +41 78 876 11 29

Illustration: "Anopheles stephensi" by Jim Gathany - Centers for Disease Control and Prevention's Public Health Image Library (PHIL)
Posté par: Victoria Monti

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