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"Les principales interactions biologiques entre organismes vivants par symbioses dans les milieux aquatiques, dans les écosystèmes marins, et d’autres exemples de relations de commensalité dans différents milieux" par Jacques Hallard

jeudi 23 mai 2024, par Hallard Jacques



ISIAS Biologie Symbiose Océan

Les principales interactions biologiques entre organismes vivants par symbioses dans les milieux aquatiques, dans les écosystèmes marins, et d’autres exemples de relations de commensalité dans différents milieux

Jacques Hallard , Ingénieur CNAM, site ISIAS – 23/05/2024

Plan du document : Préambule Introduction Sommaire Auteur


Préambule

Rappel sur la notion de symbiose chez les êtres vivants

La symbiose (du grec σύν / sýn, « avec, ensemble » et du nom βίος / bíos, « vie ») est une association intime, durable entre deux organismes hétérospécifiques. Elle peut être obligatoire (stricte) ou facultative. Les organismes impliqués sont qualifiés de symbiotes ou de symbiontes (anglicisme) ; le plus gros peut être nommé hôte. La durabilité de l’association est relative et recouvre une part significative de la durée de vie d’au moins un des deux organismes. La symbiose sous-entend le plus souvent une relation mutualiste, dans laquelle les deux organismes bénéficient de l’association, mais l’étymologie implique que les deux partenaires « vivent ensemble », si bien que la symbiose peut être parasitaire, profitant à l’un des deux organismes mais nuisible à l’autre, voire commensaliste, c’est-à-dire qui est bénéfique à un organisme, mais neutre pour l’autre. Domaine d’étude fécond, il est l’objet d’une discipline scientifique, la symbiologie qui cherche à comprendre toute la gamme des interactions entre les organismes. Le symbiologiste étudie ces interactions… Exemples :

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Association symbiotique d’une bactérie et de l’aulne dans un nodule fixé sur une racine.

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Autre forme (ici subaquatique) de symbiose (avec des bactéries filamenteuses et des cyanophycées probablement), formant un manchon dense de l’épaisseur d’un doigt) autour des racines immergées d’un aulne (profondeur dans l’eau environ 10-25 cm)

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Détail ; le manchon a été dégagé pour faire apparaître la racine

Article complet à lire sur ce site : https://fr.wikipedia.org/wiki/Symbiose

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Introduction

Ce dossier est spécialement consacré aux symbioses dans les milieux aquatiques, notamment dans les écosystèmes marins, avec d’autres exemples plus généraux de commensalisme.

Les relations peuvent être de nature :

  • Mutualiste  : les deux organismes bénéficient de l’association,
  • Parasitaire  : la relation profite à l’un des deux organismes mais elle est nuisible à l’autre,
  • Commensaliste : la relation est bénéfique à l’un des organismes, mais elle est neutre pour l’autre

    Commensalisme — Wikipédia

Diagramme simplifié des six principales interactions biologiques- Source

« Le commensalisme est un type d’interaction biologique naturelle et fréquente ou systématique entre deux êtres vivants dans laquelle l’hôte fournit une partie de sa propre nourriture au commensal… « - Wikipédia

Lecture également suggérée : La grande diversité des commensalismes - La notion de commensalisme et ses limites sont présentées dans une chronique de présentation générale. Celle-ci illustre concrètement cette notion avec toute une série d’exemples. Vu leur multiplicité infinie, il ne s’agit d’être exhaustif et c’est pourquoi nous laisserons plutôt de côté les innombrables exemples exotiques (ou au plus en les mentionnant) pour nous centrer sur ceux que l’on peut observer directement et plus ou moins facilement dans notre environnement proche de préférence. A cette occasion, nous réutiliserons les différentes catégories de commensalismes évoquées dans la chronique de présentation générale… - A consulter ici https://www.zoom-nature.fr/la-grande-diversite-des-commensalismes/

Les documents choisis – dotés souvent de photos en couleurs remarquables – sont indiqués avec leurs accès dans le sommaire ci-après

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Sommaire

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§§§

Plusieurs types de relations peuvent s’établir entre les êtres vivants. Ces derniers forment souvent des relations inter-espèces créant ainsi un équilibre au sein de l’écosystème marin. Ces associations entre différentes espèces sont collectivement appelées symbiose.

En latin, symbiose signifie vivre ensemble. C’est une association étroite entre deux espèces différentes dont au moins l’une d’elles profite.

Il arrive donc que ces relations ne soient pas mutuellement bénéfiques et soient plus avantageuses pour une seule des deux parties.

Il existe trois formes principales de symbiose : le mutualisme - le commensalisme - le parasitisme.

1. Le mutualisme

C’est le cas où les deux espèces bénéficient de la relation. Elles dépendent l’une de l’autre pour se nourrir, se protéger et / ou pour d’autres raisons.

✔️ Exemple 1 : les gobies et les crevettes pistolets

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Un grand nombre d’espèces de gobies partagent un terrier avec une ou plusieurs espèces de crevettes du genre Alpheus (aussi appelées crevettes pistolets), ces dernières étant quasi aveugles.

✅ La crevette nettoie et entretient le terrier ✅ tandis que le gobie joue le rôle du guetteur.

Lorsqu’elle ’travaille’ à l’entrée du terrier, la crevette maintient le contact avec le gobie grâce à l’une de ses antennes et ce dernier l’avertit d’un danger potentiel par un mouvement de sa queue.

Il s’agit d’une association très étroite et ils peuvent même s’installer ensemble dès le stade juvénile à la fin de leur phase planctonique.

✔️ Exemple 2 : le poisson clown et son anémone de mer

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Il s’agit peut-être de la relation mutualiste la plus connue, notamment grâce au film ’Nemo’ de Walt Disney.

✅ Le poisson clown, courageux et très territorial, protège son anémone des prédateurs (ex : les poissons-papillons) avides des tentacules riches en nutriments. Ils gardent également leur hôte propre en le nettoyant de ses déchets.

✅ En retour, l’anémone offre un foyer sûr et protecteur aux poissons-clowns grâce à ses nématocytes. Ce sont des cellules urticantes situées sur les tentacules et qui libèrent une toxine lorsqu’un autre animal les touche. Alors que la plupart des poissons succombent à ces piqûres, les poissons-clowns sont quant à eux protégés par une épaisse couche de mucus - mélange de leur propre mucus et de celui de l’anémone. Grâce à cela, cette dernière les considère comme faisant partie de ses tentacules. Ils peuvent donc vivre au sein de ceux-ci en toute sécurité et à l’abri de leurs prédateurs.

✔️ Exemple 3 : les coraux et les zooxanthelles

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Les zooxanthelles sont des algues unicellulaires photosynthétiques qui vivent dans les tissus de la plupart des coraux et leur donnent leur couleur.

✅Le corail offre aux zooxanthelles un environnement protégé et des nutriments (dioxyde de carbone) pour réaliser la photosynthèse.

✅ Les algues produisent à leur tour des nutriments par photosynthèse (processus qui convertit le dioxyde de carbone et les déchets métaboliques en sucres et en oxygène).

2. Le commensalisme

Type de relation où une seule espèce bénéficie de la relation sans mettre en danger l’autre partie. Cela se produit lorsqu’une espèce vit avec, sur ou dans une autre espèce qui joue alors le rôle d’hôte.

✔️ Exemple 1 : la tortue de mer et le rémora

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✅ Ce dernier bénéficie d’un moyen de transport et se nourrit des restes tombant de la gueule de la tortue ou des petits organismes soulevés lorsque la tortue fouille le sable ou le récif.

➖ La tortue ne semble pas souffrir du fait que le rémora s’accroche à son corps.

✔️ Exemple 2 : les balanes et les baleines

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Les balanes sont de petits crustacés se fixant sur les baleines (ou les tortues)

✅ En se fixant sur ces dernières, la balane peut se déplacer dans des eaux riches en plancton où elle se nourrit de micro-organismes.

➖ Selon les scientifiques, la balane ne semble pas blesser la peau de la baleine.

3. Le parasitisme

Ici il s’agit d’une relation où une espèce (le parasite) retire des avantages au détriment d’une autre qui en subit les dommages. Le parasite vit avec, sur ou dans l’hôte aux dépends de ce dernier. L’hôte n’en meurt pas immédiatement mais peut en souffrir et mourir progressivement.

La plupart des parasites sont internes et donc invisibles, mais quelques-uns sont externes.

Exemple 1 : les isopodes et les poissons clowns

Ce sont des parasites qui peuvent envahir les poissons par leurs branchies et se fixer à l’intérieur de leur bouche. Dans la rubrique ’macro’ des concours de photographie sous-marine, on voit régulièrement des photos primées montrant un gros plan sur un poisson clown avec un isopode dans la bouche.

❌ L’isopode boit le sang de la langue du poisson clown, la drainant tellement que l’organe meurt et finit par tomber.

Exemple 2 : la balane et le crabe nageur

Tandis que les balanes sont inoffensives pour les baleines, ce n’est pas le cas dans leur relation avec les crabes nageurs.

❌ Elles s’enracinent dans le système reproducteur du crabe qui n’en meurt pas mais cela nuit à ses capacités de reproduction.

Sylvia Earle : ’Nous devons respecter les océans et en prendre soin comme si notre vie en dépendait. Parce que c’est le cas.’

Les relations symbiotiques sont étudiées par les scientifiques afin d’évaluer, entre autres, la santé d’un écosystème. Par exemple, lorsque la température de l’eau augmente, le corail expulse son algue symbiotique, puis blanchit et finit par mourir. Ceci souligne l’importance d’étudier non seulement la relation symbiotique en elle-même, mais également les impacts négatifs que les humains peuvent avoir sur ces interactions.

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Biologie

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  • La découverte d’une extraordinaire symbiose marine résout l’un des grands mystères de l’océan - Nastasia Michaels Publié le 14/05/2024 à 6h22 - Mis à jour le 14/05/2024 – Document ‘geo.fr’ Océan
    Vidéo GEO : La découverte d’une extraordinaire symbiose marine résout l’un des grands mystères de l’océan

Une équipe dirigée par l’Institut Max Planck de microbiologie marine a mis au jour la symbiose entre une bactérie Rhizobium et une algue marine du groupe des diatomées. Ce couple d’organismes permettrait d’expliquer une grande partie de la fixation de l’azote dans l’océan – un processus crucial.

C’était l’un des grands mystères dont les biologistes marins cherchaient encore la clé : comment, en dehors des régions océaniques riches en cyanobactéries, les végétaux marins obtiennent-ils de l’azote sous une forme qu’ils sont capables d’assimiler ?

Il aura fallu une grande expédition océanographique depuis la côte allemande jusqu’aux zones tropicales de l’Atlantique Nord, et quatre années d’analyses ADN, pour résoudre l’énigme. La réponse, dévoilée dans une étude publiée par la revue Nature (9 mai 2024), tient en un mot : la symbiose.

Cette association très intime entre deux êtres vivants a façonné la planète telle que nous la connaissons aujourd’hui, depuis les récifs coralliens (symbiose entre le corail et l’algue zooxanthelle) jusqu’à la mycorhize, la fine dentelle qui fait vivre nos sols (symbiose entre des champignons et les racines des plantes). Et trouve désormais une nouvelle illustration.

’Un travail de détective’

Partie de la côte allemande à bord de deux navires direction les tropiques en 2020, l’équipe dirigée par des chercheurs de l’Institut Max Planck de microbiologie marine a recueilli plusieurs centaines de litres d’eau de mer. Dans cet échantillon massif, il leur a d’abord fallu repérer le gène codant pour une enzyme impliquée dans la fixation biologique de l’azote, pour ensuite reconstituer pas à pas le reste du génome de l’organisme inconnu qui s’avérait capable d’effectuer cette transformation chimique.

’Il s’agissait d’un travail de détective long et minutieux’, confie Bernhard Tschitschko, premier auteur de l’étude et expert en bio-informatique (communiqué), ’mais en fin de compte, le génome a résolu de nombreux mystères. Nous savions que le gène de la nitrogénase provenait d’une bactérie apparentée (au genre) Vibrio, mais de manière inattendue, l’organisme lui-même était étroitement lié aux (bactéries) Rhizobia qui vivent en symbiose avec les légumineuses.’

En effet, sur la terre ferme, les bactéries du genre Rhizobium se trouvent en symbiose avec les racines des plantes légumineuses, telles que les haricots ou les pois, au niveau de petits renflements appelés ’nodosités’. En échange d’azote assimilable par ses propres cellules, le végétal fournit à son minuscule symbiote de l’énergie ainsi qu’un milieu pauvre en oxygène, propice à son activité.

Mais dans l’océan, quel hôte pouvait bien héberger ces précieux fixateurs d’azote ? À l’aide d’un marquage fluorescent appliqué à ces bactéries, les auteurs de l’étude ont constaté que celles-ci se nichaient à l’intérieur de diatomées – des algues microscopiques faisant partie de la composition du plancton. Il s’agit selon eux de la ’première symbiose connue entre une diatomée et un fixateur d’azote autre qu’une cyanobactérie.’

Le stade précoce d’une fusion ?

La bactérie symbiotique, qui a reçu le nom (provisoire) de Can­did­atus Tecti­glo­bus di­at­omi­c­ola, reçoit du carbone de la part de l’algue en échange d’une forme d’azote assimilable par celle-ci… et pas qu’un peu, d’ailleurs !

’Pour soutenir la croissance de la diatomée, la bactérie fixe 100 fois plus d’azote qu’elle n’en a besoin pour elle-même’, détaille Wiebke Mohr, co-auteur de l’étude.

En retournant en mer, les scientifiques ont repéré cette nouvelle symbiose un peu partout dans le monde, en particulier dans des zones pauvres en cyanobactéries. Ce qui tend à confirmer le rôle crucial joué par cette intime alliance dans le fonctionnement de l’écosystème marin, lequel absorbe la moitié du dioxyde de carbone émis par les activités humaines, limitant ainsi en partie le réchauffement climatique.

Par ailleurs, les auteurs notent que cette symbiose bactérie-diatomée pourrait constituer le stade précoce d’une fusion entre deux organismes pour n’en former qu’un, le plus petit étant amené à devenir un simple organite, ou compartiment cellulaire, au sein du plus grand. Un processus qui s’est déjà produit au cours de l’évolution, donnant naissance aux mitochondries, les ’usines à énergie’ de nos cellules, ainsi qu’aux chloroplastes, sièges de la photosynthèse chez les végétaux.

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Source : https://www.geo.fr/environnement/la-decouverte-d-une-extraordinaire-symbiose-marine-resout-l-un-des-grands-mysteres-de-l-ocean-220186

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  • Une symbiose marine unique élucide l’un des plus grands mystères de l’océan - Écrit par Shem’s Tlemçani _ Le 14/05/2024 à 14h00. Modifié le 14/05/2024 à 22h54. Document ‘caminteresse.fr’ génome
    Voir le diaporama

Des chercheurs de l’institut Max Planck de microbiologie marine ont révélé une symbiose unique entre une bactérie et une algue marine, expliquant ainsi comment les plantes maritimes se nourrissent sans cyanobactéries.

Dans les profondeurs océaniques, les espèces végétales ont besoin d’azotepour se nourrir et pousser. Toutefois, ces plantes ne peuvent pas l’assimiler sous forme gazeuse, ainsi pour y accéder, elles dépendent de l’aide des micro-organismes. En effet, ces micro-organismes sont des bactéries fixatrices d’azote, comme les cyanobactéries. Elles ont la capacité de convertir l’azote inutilisable en formes absorbables par les plantes. Ce processus s’appelle la fixation de l’azote. Une fois que l’azote est converti, il est libéré dans l’eau sous une forme assimilable, et les plantes marines peuvent l’absorber directement à travers leurs surfaces externes, comme les feuilles ou les racines exposées. Néanmoins, dans certaines régions océaniques, ces bactéries fixatrices ne sont pas présentes alors comment ces plantes se nourrissent-elles ? C’est tout le mystère que les biologistes de l’institut Max Planck ont élucidé dans leur publication parue le 9 mai 2024 dans la revue scientifique Nature.

Une symbiose inédite entre une algue et une bactérie

Depuis 2020, l’équipe de l’institut Max Planck a navigué sur des milliers de kilomètres de la côte allemande aux eaux tropicales de l’Atlantique Nord et cette expédition n’a pas été vaine. Les chercheurs ont mis en lumière, en recueillant une centaine de litres d’eau de mer, une symbiose entre une diamotée (une algue microscopiques appartenant à la composition du plancton) et une bactérie fixatrice d’azote “apparentée au genre Vibrio, mais de manière inattendue, l’organisme lui-même était étroitement lié aux (bactéries) Rhizobia qui vivent en symbiose avec les légumineuses”, précise Tschitshko, premier auteur de l’étude. En effet, ce Rhizobia est présent sur Terre et est en symbiose avec les racines des plantes légumineuses comme les haricots ou les pois.

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Les symbiotes rhizobiens fixateurs d’azote (marqués par fluorescence en orange et vert à l’aide de sondes génétiques) résidant à l’intérieur de diatomées collectées dans l’Atlantique Nord tropical. Le noyau de la diatomée est représenté en bleu vif. Institut Max Planck de microbiologie marine de Brême/Mertcan Esti

“La bactérie fixe 100 fois plus d’azote qu’elle n’en a besoin pour elle-même”

Dans l’océan sans cyanobactéries, cette symbiose s’effectue donc grâce au genre de bactéries Vibrio, surnommée par les biologistes “Candidatus Tecttiglobus diatomicola” et des algues. Pour arriver à observer ce phénomène, les chercheurs ont eu recours à des marquages fluorescents sur ces bactéries prélevées dans les eaux. Ces analyses ont démontré que ces fixateurs d’azote étaient cachés à l’intérieur des algues. “ Nous avons trouvé des groupes de quatre Rhizobia, toujours assis au même endroit à l’intérieur des diatomées” , indique le co-auteur Kuypers dans un communiqué. Comment cela fonctionne ? Cette bactérie reçoit du carbone par l’algue en échange d’une forme d’azote assimilable par celle-ci. “Pour soutenir la croissance de la diatomée, la bactérie fixe 100 fois plus d’azote qu’elle n’en a besoin pour elle-même’, détaille Wiebke Mohr, co-auteur de l’étude.

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Un groupe de diatomées avec leurs symbiotes marqués par fluorescence  Institut Max Planck de microbiologie marine de Brême/Mertcan Esti

Une meilleure compréhension de l’environnement maritime

Pour les auteurs de ce rapport, la découverte de cette symbiose pourrait également avoir des implications profondes pour notre compréhension de l’évolution des organismes marins et de leurs stratégies de survie dans des environnements pauvres en nutriments. Les chercheurs suggèrent que cette interaction entre la diatomée et la bactérie pourrait représenter une étape préliminaire à une fusion complète entre les deux organismes, un peu comme ce qui est arrivé il y a des milliards d’années quand des petites entités ont fusionné pour former nos cellules actuelles, avec des mitochondries et des chloroplastes.

Ces minuscules organismes sont probablement des acteurs majeurs dans la fixation totale de l’azote océanique et jouent donc un rôle crucial dans le maintien de la productivité marine et de l’absorption océanique mondiale du dioxyde de carbone. Institut Max Planck

L’équipe de biologiste envisage de continuer à étudier ce phénomène de symbiose et voir s’il se produit dans d’autres environnements océaniques.

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Source : https://www.caminteresse.fr/sciences/une-symbiose-marine-unique-elucide-l-un-des-plus-grand-mystere-de-l-ocean-11194619/

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  • Symbioses en mer : vivre à deux pour vivre mieux / Par Marc-André SELOSSE, professeur au MNHN - Station biologique de Roscoff - Diffusée en direct le 8 oct. 2022
    La vie est souvent associée à l’idée de compétition. Pourtant, la coopération entre espèces est fondamentale : souvent, dans les eaux marines, deux espèces différentes s’entraident. Anémones et coraux sont aidées par les algues qu’ils abritent et nourrissent dans leurs cellules, des algues supportent la marée basse grâce à des champignons, des animaux marins vivent dans des conditions qui paraissent infernales (profondeurs océaniques, vases privées d’oxygène) grâce à des bactéries. Comment la symbiose, la vie à deux, ouvre-t-elle la porte de milieux variés, parfois hostiles ?

https://yt3.ggpht.com/pvqaKebVpwgPyjKJlq71wDvQzOu7JgGZD1JTGuAEsYFmFqdjXQhnszU8BbPQ0_FkN2_jkbhGkB8=s88-c-k-c0x00ffffff-no-rj

Station biologique de Roscoff

Source : https://www.youtube.com/watch?v=opCPAkhDq6A

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  • Mise en lumière de l’évolution d’une symbiose marine microscopique – Diffusion ‘cordis.europa.eu’
    Si les symbioses sont connues pour être des moteurs naturels de l’innovation, les mécanismes qui sous-tendent ces relations demeurent insaisissables. Une symbiose océanique récemment découverte entre une cyanobactérie unicellulaire et une algue eucaryote révèle des indices sur son passé évolutif et son avenir potentiel.

https://cordis.europa.eu/docs/results/images/2022-04/436253.jpg© Rich Carey, Shutterstock

Selon Lynn Margulis, la symbiose constitue la force la plus puissante de l’évolution, car elle est à l’origine de toute la vie complexe qui prévaut actuellement sur Terre. Par conséquent, comprendre la manière dont les relations symbiotiques s’établissent et se développent est fondamental pour appréhender la nature et la vie elle-même. Le projet UCYN2PLAST, soutenu par l’UE, s’est concentré sur un partenariat symbiotique, découvert il y a à peine dix ans, entre une cyanobactérie unicellulaire, UCYN-A, et une microalgue unicellulaire eucaryote, Prymnesiophyceae.

« L’interaction entre les deux espèces est si étroite qu’elles semblent se fondre en une seule espèce », explique Francisco M. Cornejo Castillo, chargé de recherche. « Ceci est un exemple contemporain rare d’une symbiose qui évolue vers quelque chose d’autre – un plaste ». Les plastes sont des organites membranaires que l’on trouve dans toutes les cellules eucaryotes, y compris les plantes et les animaux, où ils remplissent des fonctions métaboliques essentielles.

Le projet a permis de comprendre la symbiose UCYN-A de manière plus détaillée que ce qui était possible auparavant. Il a caractérisé la diversité de l’organisme et sa distribution océanique, ainsi que les mécanismes impliqués dans la communication entre les deux partenaires et les substances chimiques échangées.

Visualiser la symbiose

La bourse d’Actions Marie Skłodowska-Curie a permis à Francisco M. Cornejo Castillo de passer près de 3 ans à l’Université de Californie Santa Cruz dans le laboratoire de Jonathan Zehr, l’homme qui a découvert la symbiose UCYN-A. Francisco M. Cornejo Castillo y a étudié différents aspects de la symbiose UCYN-A, en appliquant une série de techniques de laboratoire et de calcul à son écologie et à sa physiologie.

Ces techniques incluaient notamment la génomique unicellulaire, la microscopie à épifluorescence, la PCR quantitative et le séquençage d’ADN à haut débit. En combinant les différentes méthodologies, l’équipe a visualisé la symbiose UCYN-A dans des échantillons naturels collectés dans différentes zones océaniques.

L’un des principaux objectifs consistait à en savoir plus sur les canaux et les substances chimiques impliqués dans la communication hôte-symbiote. À l’aide de sondes spécialement conçues, l’équipe a visualisé l’expression synchronisée de protéines entre les partenaires symbiotiques, indiquant qu’une « conversation » chimique était en cours. « Ce fut une véritable prouesse technique. Je n’oublierai jamais l’excitation que j’ai ressentie la première fois que j’ai pu réellement écouter cette “conversation” », fait remarquer Francisco M. Cornejo Castillo.

Une découverte clé liée à l’échange de nutriments

Des expériences antérieures menées par le Laboratoire Zehr avaient révélé que la microalgue hôte d’UCYN-A ne montrait pas un grand intérêt pour l’absorption de nutriments, en particulier le nitrate et l’ammonium, de la manière typique des algues.

Au cours du projet UCYN2PLAST, l’équipe a découvert que les protéines impliquées dans l’absorption des nutriments environnementaux sont situées dans une partie différente de la cellule que chez d’autres espèces d’algues. Ces protéines sont orientées vers UCYN-A, qui se trouve à l’intérieur de la cellule de l’algue, et non vers l’extérieur de la cellule, ce qui est plus habituel chez les autres espèces d’algues. « Il semble que la microalgue hôte sait que UCYN-A peut fournir ces nutriments et qu’elle n’a donc pas besoin d’orienter ses protéines comme les autres algues, en concurrence avec d’autres micro-organismes », ajoute Francisco M. Cornejo Castillo.

Tirer profit du laboratoire de la nature

L’UCYN-A ne possède pas les caractéristiques typiques des autres processus cyanobactériens, comme la photosynthèse oxygénique ou la fixation du CO2, et les puise dans la matière organique fournie par l’algue hôte. En retour, UCYN-A fournit à l’algue une source d’azote.

Étant donné que la productivité de l’algue dépend de l’azote, il a été suggéré que cette relation symbiotique pourrait éventuellement produire un plaste fixateur d’azote dans un processus similaire à l’origine des chloroplastes.

« La poursuite des recherches permettra de faire davantage la lumière sur d’anciens processus symbiotiques, qui seraient autrement presque impossibles à étudier. Par ailleurs, étant donné que la symbiose constitue une source inépuisable d’innovation biologique, elle présente un potentiel pour des applications biotechnologiques. À l’avenir, UCYN-A pourrait peut-être nous aider à fabriquer des plastes à l’intérieur des plantes en tant qu’engrais vert », explique Francisco M. Cornejo Castillo.

Mots‑clés : UCYN2PLAST, symbiose, cellules eucaryotes, plaste, UCYN-A, protéine, algues, cyanobactérie, génomique, ADN, symbiose, océan

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DOI 10.3030/749380 - Projet clôturé - Date de signature de la CE 10 Mars 2017 - Date de début 1 Janvier 2018 - Date de fin 1 Novembre 2021 - Financé au titre de EXCELLENT SCIENCE - Marie Skłodowska-Curie Actions - Coût total € 246 668,40 - Contribution de l’UE € 246 668,40 - Coordonné par SORBONNE UNIVERSITE France

Source : https://cordis.europa.eu/article/id/436253-revealing-the-evolution-of-a-microscopic-marine-symbiosis/fr

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  • Article approfondi sur Symbiose et parasitisme – Document ‘encyclopedie-environnement.org’ - PDF 11-02-2022

    symbiose - parasitism

Aucun organisme ne vit seul. Il est en permanence associé plus ou moins étroitement à de nombreux autres organismes, microorganismes en particulier.

Leurs interactions peuvent être classées en fonction du degré d’association des organismes impliqués, de la durée de ces interactions et de leur caractère bénéfique (ou non) pour l’un et l’autre des partenaires. Toutes les situations intermédiaires existent, formant un véritable continuum des organismes libres qui ont besoin d’autres organismes pour se nourrir jusqu’aux parasites dont le cycle de vie repose entièrement sur des hôtes bien spécifiques. Symbiose et parasitisme permettent d’illustrer que, au-delà de l’extrême diversité des situations, l’interaction est dans tous les cas essentielle à la vie des partenaires, et souvent à l’origine de l’émergence de propriétés nouvelles des systèmes ainsi constitués. C’est par exemple le cas des microbiotes associés à chacun des êtres vivants. Mais c’est aussi le cas d’organismes modifiés par les parasites qui les infectent et vont jusqu’à perturber le comportement des hôtes contaminés en comparaison des individus sains.

1. Quels types d’interactions entre organismes vivants ?

Le réseau d’interactions et d’interdépendances qui existe entre des milliards d’organismes au sein de la biosphère est un niveau d’organisation du Vivant fondateur du concept de biodiversité (lire Qu’est-ce que la biodiversité ?). Ces interactions sont le plus souvent à bénéfices réciproques et leur rôle dans la physiologie et l’adaptation des organismes est essentiel. Par exemple, bien des animaux ne digèrent pas sans l’aide des bactéries de leur tube digestif, la plupart des plantes ne peuvent exploiter le sol qu’à l’aide de champignons colonisant leurs racines, qu’elles nourrissent en retour
[1].

Encyclopédie environnement - parasites - Relations entre symbiose et mutualisme

Figure 1. Relations entre symbiose et mutualisme. (source : D’après Lefèvre et al. ; voir la réf. [2])

Mais il n’en est pas toujours ainsi : les interactions entre deux organismes peuvent être classées en fonction de leur caractère bénéfique, néfaste ou neutre pour l’un et l’autre des partenaires. Ainsi, peuvent être distinguées :
– des interactions bénéfiques pour l’un des partenaires et néfastes pour l’autre (prédation, parasitisme),
– des interactions bénéfiques pour l’un et neutres pour l’autre (commensalisme),
– et des interactions à bénéfices réciproques (mutualisme).

De plus, toutes les situations intermédiaires existent, en un véritable continuum de types d’interaction (Figure 1)
[2]. Elles peuvent également être classées en fonction de leur caractère instantané (prédation) ou durable (parasitisme, mutualisme, etc.), ainsi que d’après le degré d’association entre les partenaires [2].

Étymologiquement, le terme de symbiose désigne « la vie en commun d’organismes d’espèces distinctes ». Cette définition large désigne une coexistence durable, impliquant tout ou partie du cycle de vie des deux organismes, quels que soient les échanges entre ceux-ci. Une définition plus restrictive réserve le terme de symbiose aux coexistences durables et mutualistes (partie rouge sur la Figure 1).

2. Les symbioses mutualistes

Encyclopédie environnement - parasites - symbioses mutualistes impliquant des champignons

Figure 2. Exemples de symbioses mutualistes impliquant des champignons. A, Symbiose entre une algue verte et un champignon ascomycète chez le lichen Xanthoria elegans, [source : © Jason Hollinger @Mushroom Observer (CC BY-SA 3.0) via Creative Commons] ; B, Mycélium (blanc) de champignon ectomycorhizen associé aux racines (brunes) de Picea glauca [source : © André-Ph. D. Picard (CC BY-SA 3.0) via Wikimedia Commons] ; C, Neottia nidus-avis, plante non-chlorophyllienne exploite le carbone des champignons mycorhiziens et donc des autres végétaux [source : © Marc-André Selosse] ; D, Neotyphodium coenophialum, champignon endosymbiotique vivant au sein de la fétuque élevée (Festuca arundinacea) qu’il protège des herbivores en secrétant un alcaloïde toxique pour les herbivores. [source : http://betterknowamicrobe.tumblr.com/post/75909408589/neotyphodium-coenophialum] ; E. Culture de champignons d’une colonie d’Atta cephalotes, les champignons microscopiques forment une moisissure blanche qui se développe sur des morceaux de feuilles apportés par les fourmis. [source : © Alex Wild/alexanderwild.com, avec autorisation.]Les bénéfices des symbioses sont souvent trophiques, lorsque l’un des partenaires accède à une ressource dont l’autre est privé, ou qui lui est limitante [2]. Nombre de symbioses impliquent ainsi des autotrophes : dans les lichens (Figure 2A) ou les mycorhizes (Figure 2B), un partenaire photosynthétique -algue ou plante respectivement- nourrit un champignon qui en retour exploite de l’eau et des sels minéraux du milieu, pour lui et son partenaire (lire Les lichens, de surprenants organismes pionniers). Des organismes hétérotrophes établissent aussi des liens trophiques. Par exemple, la Néottie (Neottia nidus-avis, Figure 2C) ou la Monotrope (Monotropa hypopitys) sont des plantes non-chlorophylliennes qui renversent la relation mycorhizienne habituelle en exploitant le carbone de leurs champignons mycorhiziens, donc, indirectement celui des autres plantes voisines liés à ces champignons
[3]. De la même manière, plusieurs groupes d’insectes coloniaux, fourmis et termites, ont mis en place des symbioses avec des champignons qu’ils nourrissent dans leurs nids en collectant la biomasse végétale hors du nid (Figure 2D). Ces insectes consomment une partie du mycélium du champignon, qu’ils peuvent digérer, alors qu’ils sont incapables de digérer la biomasse végétale (lignine en particulier).

Encyclopédie environnement - parasites - organismes symbiotiques d’un récif corallien

Figure 3. Quelques organismes symbiotiques d’un récif corallien. A, Poisson clown Amphiprion ocellaris dans une anémone de mer [source : © Nick Hobgood (CC BY-SA 3.0) via Wikimedia Commons] ; B, Crevette symbiotique Periclimenes yucatanicus dans une anémone [source : © Ilyes Lazlo (CC BY 2.0) via Wikimedia Commons] ; C, Zooxantelle de type Symbiodinium symbiotique du corail source : © Penn State/Flickr (CC BY-NC 2.0) ; D, Hippocampe pygmée Hippocampus satomiae attaché au corail [source : © John Sear (CC BY 3.0) via Wikicommons]Des bactéries endosymbiotiques sont très fréquentes chez les insectes, et complémentent la nutrition souvent spécialisée de ceux-ci
[[5]. Par exemple, les hémiptères suceurs de sève (pucerons) subissent une carence en acides aminés essentiels, compensée par des bactéries endosymbiotiques qui les synthétisent.

La symbiose peut protéger contre les agressions du milieu, en particulier quand un des partenaires vit à l’intérieur de l’autre. Dans les mycorhizes, le champignon est souvent protégé dans la racine (où il stocke ses réserves, dans le cas de certaines endomycorhizes), mais il peut aussi protéger la racine lorsqu’il forme un manchon autour de la racine (ectomycorhizes). Un champignon du genre Neotyphodium (Figure 2E) vit en symbiose à l’intérieur de la fétuque élevée (Festuca arundinacea) qu’il protège des herbivores en secrétant des alcaloïdes toxiques pour les insectes et les mammifères. Ces derniers évitent alors les zones herbeuses ainsi protégées. De son coté, le champignon se propage de génération en génération en colonisant les graines
[4].

La protection est parfois le seul bénéfice obtenu, comme dans les symbioses nettoyeuses des écosystèmes coralliens, où un petit animal (poisson ou crevette) nettoie la peau et/ou les cavités de l’autre, éliminant des débris et des petits parasites (Figure 3). Cependant, certaines anémones de ces récifs grandissent plus vite, ont de plus grandes chance de survie et présentent une plus grande densité de Zooxanthelles (algues symbiotiques unicellulaires vivant au sein des anémones de mer) lorsqu’elle sont fréquentées par des poissons. Cette augmentation des performances des anémones est le fruit d’un transfert de nutriments du poisson à l’anémone, qui exploite l’urine du premier comme source d’azote et de phosphate [5]. Ces observations démontrent que les poissons-clowns contribuent à nourrir l’anémone de mer et que les algues symbiotiques de celles-ci bénéficient de cet apport
[6].

D’autres bénéfices reposent sur la capacité d’un des partenaires à se déplacer (pollinisation par les abeilles, dispersion des graines par les fourmis ou les oiseaux). Au bilan, des associations au fonctionnement semblable ont été mises en place plusieurs fois au cours de l’évolution. De telles convergences sont illustrées par la diversité des insectes cultivant des champignons (fourmis, termites, coléoptères) et des eucaryotes abritant des algues photosynthétiques dans leurs cellules (comme l’apparition des chloroplastes au sein de la cellule eucaryote) (lire Symbiose et évolution). Tous les organismes ont eu l’occasion de contracter, au cours de leur évolution, une ou plusieurs symbiose(s) mutualiste(s). C’est en particulier vrai pour des organismes multicellulaires de grande taille, qui constituent un écosystème pour les organismes microscopiques. La rhizosphère (le sol entourant la racine des plantes) ou le tube digestif des animaux sont ainsi des niches microbiennes majeures, peuplées de milliers d’espèces pour chaque individu-hôte, dont certains occupants sont favorables à l’hôte. En conséquence, chaque organisme possède un cortège de symbiotes, surtout développé chez les multicellulaires.

3. Propriétés émergentes de la symbiose

Encyclopédie environnement - parasites - Nodosités de légumineuse

Figure 4. Nodosités de légumineuse. A, Nodosités dues à la bactérie Sinorhizobium meliloti sur une racine de Medicago (noter la couleur rose, due à une protéine porteuse d’oxygène, la leghémoglobine, Lb) ; B, Vue d’une coupe d’une nodosité due à la bactérie Sinorhizobium meliloti sur une racine de Medicago ; C, Microscopie électronique à transmission montrant les bactéroïdes (b) symbiotiques (Bradyrhyzobium japonicum) au sein des nodules racinaires de soja, entourés par une membrane d’endocytose (flèche blanche) ; D, Métabolisme des nodosités, les bactéroïdes assurent la fixation d’azote grâce à un apport contrôlé de dioxygène et de substrats carbonés issus de la plante. [Sources : A & B, © Ninjatacoshell (CC BY-SA 3.0) via Wikimedia Commons. C, © Louisa Howard – Dartmouth Electron Microscope Facility, via Wikimedia Commons]En plus de l’addition des capacités des partenaires, la symbiose mutualiste exprime certaines propriétés que n’ont pas les partenaires séparés. Au plan morphologique d’abord, la symbiose crée des structures qui n’existent pas hors de l’association : c’est le cas -chez certaines plantes comme les légumineuses- des nodosités (Figure 4 A et B), organes induits par la colonisation bactérienne dont l’anatomie diffère des racines (absence fréquente de méristème terminal, vaisseaux conducteurs de sève périphériques, etc.). La structure des bactéries aussi est modifiée par le fait de vivre dans la cellule : perte des flagelles, de la paroi, taille accrue (comme dans les nodosités, Figure 4 C). On parle alors de « bactéroïdes » pour désigner cette morphologie modifiée due à de petites protéines injectées par la plante dans les bactéries.

D’autres émergences sont fonctionnelles. Dans l’exemple des nodosités (Figure 4 D), le bactéroïde utilise de l’énergie qu’il obtient de sa respiration pour réduire, grâce à la nitrogénase, l’azote atmosphérique en ammonium, qui sert de source d’azote à la plante (et au bactéroïde). Réciproquement, la plante lui fournit du carbone et un approvisionnement en oxygène. Il faut de l’oxygène pour la respiration, mais la nitrogénase est inactivée par l’oxygène : cette contradiction explique qu’un rhizobium libre dans le sol est incapable de fixer de l’azote. En revanche, dans la nodosité, l’oxygène ne diffuse pas librement, mais est capté par une protéine de la cellule-hôte, la leghémoglobine
[7].Située autour du bactéroïde, la leghémoglobine protège la nitrogénase des effets de l’oxygène qui l’inactive et constitue une réserve d’oxygène pour la respiration des bactéries. La fixation de l’azote n’est donc réalisée que dans la nodosité (lire Des plantes qui vivent de l’air du temps).

De nombreux autres traits fonctionnels sont induits par la symbiose, comme certains effets protecteurs qui reposent sur l’induction de défenses du partenaire, tolérées par le symbiote mais nocives pour des pathogènes. Les champignons mycorhiziens induisent par exemple l’accumulation de tanins protecteurs au niveau racinaire qui sont responsables de l’induction d’un niveau de défense et de réactivité accru dans toute la plante, parties aériennes comprises. Ainsi, la plante mycorhizée réagit plus vite et plus fortement à un herbivore ou un parasite qu’une plante contrôle non-mycorhizée. Chez les lichens, l’algue induit la synthèse par le champignon de métabolites secondaires qui ont un rôle protecteur contre les forts éclairements et contre les herbivores.

Encyclopédie environnement - parasites - Représentation de la diversité du microbiote humainIllustration agrandie

Figure 5. Représentation de la diversité du microbiote humain. Au centre se trouve l’arbre phylogénétique représentant les espèces du microbiote. A la périphérie, représentation des microbiotes spécifiques (intestin, estomac, bouche, vagin, etc.). [source : Schéma reproduit de Morgan et al. (2013) ; Voir la réf. 9] - Globalement, le phénotype de l’organisme résulte donc aussi de ses symbiotes, soit par l’addition des capacités de ceux-ci, soit parce que ceux-ci le modifient. Le phénotype est donc plus que ce que code le génome. Les symbiotes et leurs gènes constituent une partie de ce que Dawkins
[8]qualifie de « phénotype étendu », c’est-à-dire l’ensemble des éléments recrutés dans le milieu et qui modifient le phénotype d’une espèce. Chez l’homme par exemple, le tube digestif comporte de très nombreuses espèces bactériennes et archéennes (Figure 5) : l’analyse métagénomique appliquée à notre intestin a montré que ce dernier recèle près de 100 000 milliards de micro-organismes, soit dix fois plus que nos propres cellules ! C’est le microbiote.

Le microbiote intestinal est indispensable au bon fonctionnement de son hôte humain, non seulement au niveau de la digestion ou de la fabrication de vitamines, bien sûr, mais aussi pour le métabolisme, l’immunité… ou bien encore pour le système nerveux. Les déséquilibres de la flore intestinale sont aujourd’hui suspectés d’être à l’origine d’une kyrielle de pathologies : obésité, diabète, maladies cardiovasculaires, allergies, maladies inflammatoires, voire l’autisme [2],[7]. Les microbiotes humains ne se limitent pas au tube digestif : les programmes internationaux de métagénomique ont permis d’identifier les gènes provenant de très nombreux microrganismes symbiotiques vivant dans la bouche, le nez, le vagin ou sur la peau (Figure 5) (lire Les microbiotes humains : des alliés pour notre santé).

Encyclopédie environnement - parasites - Modulation par les microbiotes

Figure 6. Modulation par les microbiotes des interactions entre un hôte et ses parasites/ pathogènes. L’action du génotype de l’hôte (représenté par l’ellipse bleue) et de tous les facteurs environnementaux qui affectent la composition du microbiote vont pouvoir se répercuter sur l’interaction entre l’hôte et ses parasites/pathogènes, en particulier à travers le système immunitaire. (source : Adapté de Gross et al., Voir réf. [10]).Le microbiote est capable de moduler les interactions entre un hôte et ses parasites/pathogènes (Figure 6). L’action du microbiote peut être directe (compétition) ou indirecte à travers son action sur la mise en place, la maturation et le fonctionnement du système immunitaire. On sait, par l’étude de souris élevées en milieu axénique, que le développement du système nerveux et même le comportement sont en partie influencés par le microbiote !

Il a donc été proposé que l’unité pertinente pour la biologie ou pour l’évolution soit moins l’organisme que le cortège symbiotique : on parle d’holobionte pour dénommer cette entité plus pertinente au regard de l’importance des interactions biotiques 
[11].

4. Le parasitisme, une réussite évolutive

Si l’un des partenaires de la symbiose découvre le moyen d’utiliser efficacement l’autre, il en devient alors un parasite. Il existe en effet un continuum entre symbiose et parasitisme [5]. Le parasite exploite des ressources fournies par un autre individu non apparenté, l’hôte, au détriment de celui-ci. Le parasitisme est une interaction durable avec un hôte, contrairement à la prédation au cours de laquelle l’interaction ne dure guère que le temps de la capture et de la digestion. Cela dit, d’un point de vue évolutif, on peut dire que la prédation n’est qu’une forme extrême de parasitisme. Il existe des parasites tuant lentement leur hôte. C’est le cas de champignons parasites de plantes (Mildiou, Armillaires, Amadouviers, etc…) qui achèvent leur cycle de vie sur les tissus morts. Lorsqu’un guépard se saisit d’une antilope, il y a échange d’énergie et d’énergie seulement. Dans les systèmes parasites-hôtes où l’hôte survit (on parle de parasitisme biotrophe), la durée de l’interaction est tout autre : les deux organismes vivent alors ensemble, souvent l’un dans l’autre, parfois cellule dans cellule ou même génome dans génome. Les informations génétiques de chacun des partenaires s’expriment ainsi côte à côte et durablement dans une portion d’espace minuscule [11].

Tous les êtres vivants sont concernés par le parasitisme en tant qu’hôte ou parasite (Figure 7). Parmi les espèces connues, 30 % des quelques 2 millions d’espèces eucaryotes seraient des parasites
[12]. La parasito-faune la mieux connue est celle de l’homme. Elle consiste en 179 espèces de parasites, parmi lesquelles 35 paraissent spécifiques d’Homo sapiens
[13]. Cette image peut être aggravée par l’hyperparasitisme (parasites de parasites), un phénomène répandu chez les arthropodes parasites et parasitoïdes
[14]. Des estimations récentes suggèrent que le monde des virus, qui parasitent les cellules en détournant leur fonctionnement vers la production de nouvelles particules virales, a été profondément sous-estimé. Ils sont présents dans tous les écosystèmes et constitueraient les entités génétiques les plus abondantes et diversifiées du vivant
[15].

  • Vidéo « Comment le SARS-CoV-2 transforme une cellule en usine à virus » (© 2020 Diffusonslascience.fr)
    Pour les évolutionnistes, les modèles hôtes-parasites suscitent d’innombrables questions, relatives au parasitisme lui-même, aux dynamiques évolutives de leurs interactions, ainsi qu’aux conséquences évolutives sur les espèces hôtes. Le rôle joué par les parasites sur le monde des espèces libres est en effet énorme. Le succès du mode de vie parasitaire ne s’est jamais démenti pendant toute la durée de l’évolution car un hôte offre, à tout organisme qui sait l’exploiter, non seulement habitat et nourriture mais aussi un moyen efficace de dispersion. Si, dans le passé, les travaux ont surtout considéré les effets directs des pathogènes sur la fécondité et la survie de leurs hôtes, les recherches actuelles illustrent des conséquences sur des traits aussi divers que le comportement, les processus de sélection ou l’histoire de vie, pour ne citer qu’eux.

Encyclopédie environnement - parasites -diversité des organismes parasites

Figure 7. Quelques exemples montrant la diversité des organismes parasites et leur hôte. A, Cymothoa exigua, crustacé parasite, il se fixe à la base de la langue d’un poisson, ici un marbré (Lithognathus mormyrus) [source : © Marco Vinci (CC BY-SA 3.0) via Wikimedia Commons] ; B, Sacs d’œufs du copépode parasite Acanthochondria cornuta sur l’opercule d’un poisson (Platichthys flesus), la longueur des sacs est d’environ 4 mm, [source : © Hans Hillewaert via Wikimedia Commons] ; C, Gravure réalisée par Delorieux (1831) [voir réf. 16] représentant un ver solitaire (Taenia solis) ; D. Fourmi tropicale (Cephalotes atratus) infectée par un nématode parasite [source : © Steve Yanoviak/University of Arkansas via Wikimedia Commons] ; E, Rotifère parasitant une colonie de volvox [source : © Michel Delarue, BioMedia-UPMC ] ; F, Pupe du ver à soie chinois Tussah (Antheraea pernyi) colonisée par Cordyceps militaris [source : © Zheng et al. voir réf. 17] ;G, Scatophage du fumier (Scathophaga stercoraria) colonisé par le champignon parasite Entomophthora muscae [source : © Hans Hillewaert via Wikimedia Commons] ; H, Un orthoptère Anonconotus parasité par un ver nématomorphe [source : © Roger de La Grandière].Comme pour tout organisme vivant, les traits biologiques des parasites sont soumis à des pressions de sélection exercées par leur environnement. La taille du corps au stade adulte est de loin le trait le plus important, puisqu’il peut déterminer la valeur des autres caractères clés (longévité ou fécondité). Mais les parasites sont susceptibles d’ajuster leur développement si les conditions de croissance (alimentation de l’hôte, compétition intraspécifique et interspécifique) ne sont pas optimales. Par ailleurs, la taille maximale d’un parasite reste limitée par l’espace disponible sur l’hôte ou à l’intérieur de l’hôte (Figure 7). Enfin, il existe en général un dimorphisme sexuel dans la taille adulte des parasites : les femelles sont souvent bien plus grosses que les mâles.

5. Les cycles parasitaires

Le cycle parasitaire est la suite des transformations subies par un parasite au cours de sa vie pour assurer sa reproduction, dans les diverses niches écologiques qu’il occupe : hôte(s), milieu extérieur. Si de nombreuses espèces de parasites ont des cycles simples, exploitant une seule espèce d’hôte, d’autres exploitent successivement plusieurs espèces d’hôtes : cela permet des relais saisonniers, ou de multiplier les formes infectieuses, car le taux de succès de colonisation des hôtes est souvent faible. La complexification des cycles est apparue plusieurs fois indépendamment au cours de l’évolution. Parmi les records de complexité, on peut citer le cas du trématode Halipegus ovocaudatus dont le cycle comporte 4 hôtes obligatoires : un mollusque, un crustacé copépode, une larve de libellule et une grenouille. A côté de ces situations extrêmes, on trouve des cycles complexes à deux ou trois hôtes, notamment chez les helminthes ou les rouilles (des champignons pathogènes). À côté des complexifications de cycles simples, il y a également au cours de l’évolution des simplifications secondaires de cycles complexes.

Encyclopédie environnement - parasites - Cycle parasitaire de Plasmodium

Figure 8. Cycle parasitaire de Plasmodium falciparum, agent causal de la Malaria. Le cycle du plasmodium (cf. focus) comporte deux phases chez l’homme (dans le foie et le sang) et chez le moustique (dans l’intestin et dans les glandes salivaires) ; [source : © Eric Maréchal]La figure 8 décrit l’exemple d’un cycle parasitaire à deux hôtes, celui de l’agent causal de la Malaria, Plasmodium falciparum, qui infecte successivement un moustique du type Anophèle et l’Homme (lire Focus Plasmodium falciparum). Au cours de son cycle de vie, le Plasmodium présente des formes extrêmement variées. Après avoir été introduit chez l’Homme via une piqure de moustique infecté, le Plasmodium migre très rapidement dans les cellules du foie, via la circulation sanguine, et se multiplie intensément sans provoquer de symptômes. Dans certains cas, le parasite peut persister dans le foie sous une forme latente, provoquant des récidives de crises de paludisme des années après la première infection. Ensuite, les milliers de parasites formés sortent des cellules du foie et colonisent les globules rouges où ils se multiplient, puis détruisent les cellules infectées avant d’en infecter de nouvelles. C’est au cours de cette phase qu’apparaissent les symptômes.En piquant une personne malade, un moustique Anophèle ingère des formes mâles et femelles du Plasmodium présentes dans le sang. Les parasites se reproduisent dans le tube digestif de l’insecte, et passent ensuite dans ses glandes salivaires, d’où ils pourront infecter d’autres personnes à l’occasion d’une prochaine piqûre.

Lorsqu’ils sont infectés par plasmodium, les moustiques changent de comportement : ils deviennent plus actifs, plus agressifs et piquent plus de personnes, augmentant ainsi leur probabilité de transmission [2]. Ces changements semblent être synchronisés avec le développement du parasite (e.g. diminution du taux de piqûres des moustiques lorsque le parasite est immature, et augmentation lorsque le parasite a rejoint le stade transmissible). Une fois chez l’hôte vertébré, ces mêmes parasites semblent capables de modifier les odeurs des hôtes afin de les rendre plus attractifs pour les moustiques vecteurs. Cette modification du comportement des hôtes après infection est un exemple caractéristique de manipulation parasitaire [2].

6. Les manipulations parasitaires

Certains parasites sont en effet capables de modifier de façon notable la physiologie, la morphologie ou encore le comportement de leur hôte avec pour conséquence l’augmentation de leur probabilité de transmission. Cette stratégie d’exploitation de l’hôte est à présent décrite dans de nombreux systèmes hôtes-parasites phylogénétiquement éloignés. Les modifications phénotypiques chez les hôtes infectés sont généralement considérées comme une illustration du concept de phénotype étendu
[18]. Ces changements phénotypiques correspondent en fait à l’expression des gènes du parasite et à l’effet des protéines correspondantes sur le phénotype de l’hôte. Selon cette idée, ces modifications induites sont adaptatives pour le parasite et non pour l’hôte.

diversité des manipulations parasitaires

Figure 9. Quelques exemples de la diversité des manipulations parasitaires. A, Coccinelle prenant soin de la larve de la guêpe Dinocampus coccinellae [source : © BeatWalkerCH (CC BY-SA 3.0) via Wikimedia Commons] ; B, Fourmi de la forêt brésilienne parasitée par le champignon Ophiocordyceps camponoti-rufipedis [source : © David Hughes, Penn State University] ; C, Chenille du papillon Thyrinteina leucocerae prenant soin des pupes de la guêpe Glyptapanteles [ José Lino-Neto (CC BY 2.5) via Wikimedia Commons] ; D, Leucochloridium paradoxum infectant l’escargot Succinea putris. [source : © Studyblue Vancouver Island University] ; E, Crustacé Sacculina carcini parasitant le crabe Liocarcinus holsatus [source : © Hans Hillewaert via Wikimedia Commons]La figure 9 présente quelques exemples de la diversité des manipulations parasitaires. Le parasite va souvent manipuler l’hôte afin que ce dernier prenne soin de sa progéniture :

  • Après que la larve de la guêpe parasitoïde Dinocampus coccinellae soit sortie de l’abdomen de la coccinelle parasitée, puis se soit transformée en cocon, la coccinelle va s’en occuper et protéger le cocon jusqu’à l’émergence de la guêpe (Figure 9 A).
  • La guêpe Glyptapanteles pond des d’œufs à l’intérieur de la chenille du papillon Thyrinteina leucocerae qui va changer de comportement après l’éclosion des œufs et leur transformation en pupe : elle arrête de se nourrir, devient immobile, et protège les pupes contre les prédateurs jusqu’à leur éclosion (Figure 9 C).
    Certaines manipulations sont encore plus extrêmes :
  • En envahissant une fourmi de la forêt brésilienne, le champignon Ophiocordyceps camponoti-rufipedis (Figure 9 B) en manipule le comportement en prenant le contrôle de son « cerveau », conduisant la fourmi à grimper au sommet d’une plante où les conditions (lumière, humidité) sont favorables au développement du champignon. Une fois la fourmi fermement cramponnée à la tige, le champignon la tue et prolifère tranquillement : les spores produites sont alors facilement dispersées au gré du vent.
  • Une stratégie un peu semblable est mise en œuvre dans le cas de l’escargot Succinea putris infecté par le parasite Leucochloridium paradoxum. Ce dernier se loge dans les antennes de l’escargot qui vont prendre l’aspect et les mouvements d’un ver, devenant une proie d’autant plus repérable pour les oiseaux que le comportement de l’escargot est aussi modifié car il a tendance à quitter la protection de la végétation. Le cycle de vie du parasite se poursuit dans l’oiseau qui a mangé l’escargot et dont les fientes permettent la dissémination des œufs du parasite (Figure 9 E).
  • De son côté, la sacculine (Sacculina carcini), un petit crustacé parasite du crabe, colonise son hôte, modifie son équilibre hormonal et l’empêche de se reproduire, sa seule fonction étant de nourrir le parasite (Figure 9 F). Après la fécondation de la sacculine, le crabe s’occupera des œufs du parasite comme si c’était les siens…
    Certaines manipulations par des parasites conduisent l’hôte à avoir un comportement suicidaire. Un cas bien décrit est celui de vers nématomorphes, dont la forme adulte vit dans l’eau et ressemble à une sorte de fil. L’hôte est en général un insecte terrestre, par exemple une sauterelle (Figure 7 H) qui héberge la forme larvaire. Le ver devenu adulte doit rejoindre le milieu aquatique pour se reproduire. Pour cela, il manipule le comportement de l’hôte, obligeant ce dernier à se jeter dans l’eau. Il peut alors, grâce cette noyade finale, rejoindre le milieu dans lequel il boucle son cycle de vie. Ce type de comportement suicidaire peut être néanmoins avantageux pour les semblables d’un hôte infecté, car il permet de réduire les risques de contamination. C’est le cas de la fourmi parasitée par Ophiocordyceps (figure 9B) qui est alors reconnue comme telle et rejetée de la fourmilière par ses congénères.

Dans quelques cas concernant les végétaux, le déterminisme de la manipulation est un peu mieux connu. Il révèle un mécanisme étonnamment convergent chez des champignons et des bactéries pathogènes, mais aussi des nématodes parasites de plantes. Ils provoquent des déformations racinaires où ils s’abritent se nourrissent, ce qu’on appelle des galles. Les génomes de ces organismes codent une multitude de petites protéines (ou peptides) sécrétées, qui modifient le fonctionnement d’autres protéines de l’hôte. On parle d’effecteurs : certains pénètrent dans les cellules de l’hôte, et réorganisent le métabolisme ou altèrent les réactions de défense… Parfois, ils agissent au niveau du noyau de la cellule et sont responsables de modifications de l’expression génétique. Il est probable que ces mécanismes jouent aussi dans d’autres types de parasitisme : on les retrouve même chez des champignons mycorhiziens. Ceci suggère que les peptides sécrétés pourraient contribuer aux modifications observées dans les symbioses mutualistes – soulignant une fois encore l’existence de similitudes de mécanismes entre symbiose mutualiste et parasitisme.

Au-delà de l’aspect spectaculaire et fascinant que recouvre les manipulations parasitaires, certains des pathogènes impliqués sont à l’origine de nombreuses pertes de récoltes, mais aussi de graves maladies, notamment des maladies à transmission vectorielle telles que le paludisme évoqué plus haut, la dengue, les trypanosomiases ou les leishmanioses, et représentent ainsi des problèmes majeurs de santé publique
[19].

Références et notes

Photo de couverture  : © Jenny Huang from Taipeh (CC BY 2.0) via Wikimedia Commons


[1]Selosse M.A. (2000). La Symbiose. Vuibert, Paris.


[2] Lefèvre T., Renaud F., Selosse M.-A., Thomas F. (2010). Chapitre 14, Évolution des interactions entre espèces, in F. Thomas, T. Lefèvre & M. Raymond (ed.), Biologie évolutive, p. 555-653. De Boeck, Paris.


[3]Selosse MA & Roy M (2012) Les plantes qui mangent des champignons… Dossier Pour la Science « Les végétaux insolites » 77 : 102-107


[4]Selosse MA, Gilbert A (2011) Des champignons qui dopent les plantes. La Recherche 457, 72-75.


[5] Cleveland A., Verde E.A. & Lee R.W. (2011) Nutritional exchange in a tropical tripartite symbiosis : direct evidence for the transfer of nutrients from anemonefish to host anemone and zooxanthellae, Marine Biology, 158 : 589–602


[6]Corbara B http://www.especes.org/#/1-menage-a-trois/4541755


[7]Leghémoglobine. Protéine fixatrice de dioxygène, de structure très proche de l’hémoglobine du sang. Présente dans les nodosités des légumineuses,elle protège le complexe enzymatique (nitrogénase/hydrogénase) des effets du dioxygène qui l’inactive et constitue une réserve d’oxygène pour les bactéries (activité aérobie).


[8] Dawkins R. (1982) The extended phenotype. Oxford University Press, Oxford.


[9] Morgan X.C., Segata N. & Huttenhower C. (2013) Biodiversity and functional genomics in the human microbiome, Trends Genet. 29, 51–58


[10] Gross R., Vavre F., Heddi A., Hurst G.D.D., Zchori-Fein E. &Bourtzis K. (2009) Immunity and symbiosis. Molecular Microbiology 3, 751-759.


[11] Selosse M.A. (2016) Au delà de l’organisme : l’holobionte. Pour la Science, 269, 80-84.

[11] Combes C. (1995) Interactions durables. Écologie et évolution du parasitisme. Éditions Masson, 525 p.


[12] De Meeûs T. & Renaud F. (2002). Parasites within the new phylogeny of eukaryotes.Trends in Parasitology 18, 247-251.


[13] De Meeûs T., Prugnolle F. & Agnew P. (2009). Asexual reproduction in infectious diseases. In Lost Sex, Schön I, Martens K & van Dijk P eds, Springer, NY., p. 517-533.


[14] Parasitoïde : organisme qui se développe sur ou dans un organisme « hôte » dans un processus à deux phases : il est tout d’abord biotrophe puis prédateur, ce qui conduit à la : mort finale de l’hôte.


[15]Hamilton G. (2008). Welcome to the virosphere.New Scientist 199, 38-41.


[16] Source http://www.archive.org/stream/traitzoologiqu00brem#page/n613/mode/2up


[17] Zheng et al. (2011) Genome sequence of the insect pathogenic fungus Cordyceps militaris, a valued traditional Chinese medicine. Genome Biology 12 : R116


[18]Dawkins R. (1976) The selfish gene. Oxford University Press.


[19]Lefèvre T. & Thomas F. (2008) Behind the scene, something else is pulling the strings : Emphasizing parasitic manipulation in vector-borne diseases. Infection, Genetics and Evolution 8, 504–519.

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Pour citer cet article : Marc-André SELOSSE, Jacques JOYARD (11 février 2022), Symbiose et parasitisme, Encyclopédie de l’Environnement. Consulté le 22 mai 2024 [en ligne ISSN 2555-0950] url : https://www.encyclopedie-environnement.org/vivant/systemes-symbiotiques-parasites/.

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Auteur(s)

  • Marc-André SELOSSE, Professeur, Membre de l’Académie d’Agriculture, Muséum national d’Histoire naturelle, Paris
  • Jacques JOYARD, Directeur de recherche honoraire au CNRS, Laboratoire de Physiologie cellulaire et végétale, Université Grenoble Alpes
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Plasmodium falciparum, un parasite dérivé d’une algue ... En savoir plus

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