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 La mouche, la plante et les maladies infectieuses

23/7/2008

La mouche,la plante et les maladies infectieuses

Une équipe de chercheurs du Centre de génétique moléculaire* (CGM) du CNRS vient de montrer, dans un article publié par l'Académie des sciences américaine, qu'une bactérie pathogène pour de nombreux fruits ou légumes,Erwinia carotovora, a développé une relation coévolutive avec la drosophile. Cette bactérie est capable d'infecter la drosophile avec un fort degré de spécificité. La mouche se défend contre l'infection par une forte réaction antibactérienne. La bactérie se servirait de la mouche pour se faire transporter de plante en plante, tandis que l'insecte, qui se nourrit de fruits en décomposition, bénéficierait de la "pourriture molle" provoquée par la bactérie. Les nombreuses similitudes observées avec les maladies infectieuses chez l'homme font de ce système un "modèle" pour comprendre les interactions entre les micro-organismes pathogènes et leurs hôtes.

  Malgré les programmes de vaccination et l'utilisation intensive d'antibiotiques, les maladies infectieuses demeurent un problème important de santé publique. Afin de lutter contre ces infections, de nombreux laboratoire sont essayé de comprendre les bases moléculaires de l'infection microbienne. Les recherches ont porté sur certaines bactéries pathogènes (Listeria, Yersinia,Salmonella, Shigella, Escherichia…) qui sont accessibles à l'analyse génétique. Elles ont révélé l'extrême complexité des interactions hôte-pathogènes. Avec l'aide de méthodes génétiques et moléculaires, les gènes de virulence qui confèrent aux bactéries leurs propriétés infectieuses ont pu être identifiés. Ces gènes codent des protéines capables d'établir avec l'hôte le "dialogue" initial qui va aboutir à l'utilisation de l'hôte par le pathogène. Malgré ces études, les mécanismes moléculaires impliqués dans l'adhésion et la propagation de la bactérie chez l'hôte ne sont pas encore connus dans tous leurs détails. En effet, les approches utilisées pour étudier les interactions hôtes- bactéries (culture de cellules ou utilisation du modèle souris) ne permettent pas une recherche systématique des facteurs de l'hôte impliqués dans l'interaction avec les microbes. Un système modèle idéal permettrait d'identifier ces facteurs à l'aide de crible génétique.


  L'équipe du Centre de génétique moléculaire du CNRS utilise le modèle drosophile pour étudier les interactions hôte-bactéries. La drosophile (mouche du vinaigre, fruitfly en anglais), dont le système immunitaire est simple par rapport à celui des vertébrés et la connaissance de sa génétique très poussée, apparaît comme un modèle idéal pour mieux comprendre les réactions mises en jeu au cours de l'infection. Les insectes possèdent de puissants mécanismes de défense qui ont certainement contribué à leur succès évolutif. L'une des réactions de défense les plus étudiées chez la drosophile est la synthèse par le corps gras (analogue fonctionnel du foie des mammifères)de toute une batterie de peptides ayant des activités antibactériennes et antifongiques. Jusqu'à présent, aucune bactérie capable d'induire l'expression des gènes codant les peptides antimicrobiens après infection naturelle n'avait été identifiée.

  Ces lacunes ont amené les scientifiques à chercher des micro-organismesc apables d'induire cette réponse antimicrobienne. Parmi de nombreuses bactéries testées, ils ont identifié une souche bactérienne, Erwinia carotovora,capable d'infecter par voie naturelle les larves de drosophile et d'induire une forte expression des gènes codant des peptides à activité antibactérienne.Leurs données indiquent qu'à l'instar de nombreux pathogènes humains, cette bactérie infecte son hôte par le tube digestif. Elle serait capable de traverser l'épithélium intestinal et de pénétrer dans l'hémolymphe, où elle serait reconnue par le système de défense.

  Erwinia carotovora est une bactérie phytopathogène étudiée par denombreux laboratoires. Elle appartient à la famille des Enterobacteriacées,comme Escherichia coli, et est accessible à l'analyse génétique. Elleprovoque la pourriture molle de nombreux fruits ou légumes et une maladie de la pomme de terre appelée "jambe noire". Cette bactérie ne survit pas dans la terre et utilise un vecteur insecte pour se propager d'une plante à une autre. Une publication ancienne rapporte que, dans la nature, la drosophile peut être vecteur de cette bactérie et transmettre la maladie de la "jambe noire" aux pommes de terre. Ces informations donnent un sens biologique aux observations des chercheurs du CNRS et indiquent que l'interaction entre Erwiniaet la drosophile existe dans les populations naturelles. Ces chercheurs ont observé que seul un faible nombre de souches E. carotovora est capable d'infecter la drosophile, suggérant l'existence d'une forte spécificité d'interactions. Ainsi, certaines souches d'Erwinia auraient développé la capacité d'exploiter leur insecte vecteur comme un hôte. D'un point de vue finaliste, l'utilisation de la drosophile permettrait aux bactéries de se propager d'une plante à l'autre ou même d'accéder aux parties internes du fruit où vivent les larves de ce diptère. De même, la drosophile, qui se nourrit de fruits en décomposition, pourrait trouver un avantage à transmettre une bactérie capable de faire pourrir les fruits. L'observation que l'infection par Erwinia n'est pas pathogène pour la drosophile plaide en faveur d'une coévolution entre les trois partenaires : la bactérie, la drosophile et la plante.

  À cause de leur mode de vie, les mouches ont été impliquées dans la transmission de nombreuses maladies pour les plantes et les hommes. Les données présentées dans l'article indiquent que ces insectes ne sont pas des transporteurs passifs de ces bactéries mais qu'à l'instar des relations entre insectes et parasites (par exemple, l'anophèle et le plasmodium, agent du paludisme), des interactions spécifiques existent.

  En conclusion, l'interaction entre la drosophile et Erwinia présente de nombreuses caractéristiques observées lors d'infections microbiennes chez l'homme (forte spécificité, infection au niveau d'un épithélium, interaction avec le système immunitaire). Cette interaction offre la possibilité de développer une analyse génétique de l'hôte et de l'agent infectieux qui devrait permettre de mieux comprendre ses bases moléculaires. Parallèlement à ces études, des travaux de l'équipe de Frederick Ausubel (Boston, États-Unis), ont récemment montré l'intérêt de deux autres systèmes modèles, Arabidospsiset Caenorhabditis elegans, pour isoler des facteurs de virulence de la bactérie opportuniste Pseudomonas aeruginosa. L'universalité des interactions entre micro-organismes pathogènes et leurs hôtes laisse penser que l'utilisation de systèmes modèles accessibles à l'analyse génétique aura un impact plus général sur la compréhension des réactions de défense chez les mammifères.

Références :

  • Basset A., Khush R. S., Braun A., Gardan L., Boccard F., Hoffmann J. A., Lemaitre B. (2000) The phytopathogenic bacteria Erwinia carotovora infects Drosophila and activates
    an immune response. Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 97 (7): 3376-3381.
  • Tan M.W., Ausubel F.M. (2000) Caenorhabditis elegans : a model genetic host to study Pseudomonas aeruginosa pathogenesis. Curr Opin Microbiol., 3 (1): 29-34.
  • Molina J. J., Harisson M. D., and Brewer J. W. (1974) Transmission of Erwinia carotovora var atroseptica by Drosophila melanogaster Meig. I. Acquisition and transmission of the
    bacterium. Am. Potato. J., 51: 245-250.

* CNRS, àGif-sur-Yvette.

Source : http://www.cnrs.fr

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