Traîner un ténia qui pèse un tiers de votre poids corporel peut être un véritable frein. Ainsi, les épinoches à trois épines ont développé une résistance aux ténias, mais la résistance a ses propres coûts, selon une équipe de chercheurs dans La science le 8 septembre.
Lorsque les épinoches à trois épines ont quitté les eaux marines pour coloniser les lacs d’eau douce du nord il y a environ 12 000 ans, ils ont rencontré des ténias d’eau douce. Les ténias ont envahi leur abdomen et se sont développés, atteignant des tailles énormes d’un quart à un tiers du poids corporel du poisson hôte. Ce serait comme un humain de taille moyenne transportant un ténia de 50 livres. Certaines populations d’épinoches ont rapidement développé une défense : en rencontrant un ténia, leur système immunitaire forme du tissu cicatriciel autour de lui, arrêtant sa croissance. Mais d’autres populations d’épinoches tolèrent plutôt les vers, ne cicatrisant que peu ou pas du tout.
Des groupes d’épinoches qui cicatrisent contre les ténias et ceux qui ne le font pas peuvent vivre assez près les uns des autres, dans des lacs à quelques kilomètres de distance. Jusqu’à présent, personne n’a compris pourquoi certaines populations d’épinoches ont évolué dans un sens, et d’autres dans un autre.
« Nous le voyons en Alaska, en Colombie-Britannique. Des collègues l’ont vu en Scandinavie », explique le biologiste de l’UConn, Dan Bolnick.
Crédit : Dan Bolnick Lab/UConn
« Ce qui est intéressant avec la coévolution entre les ténias et les poissons, c’est qu’il s’agit d’un processus remarquablement dynamique, et il y a des résultats différents à cette bataille évolutive dans chaque endroit que nous regardons », explique Jesse Weber, biologiste à l’Université du Wisconsin-Madison. Bolnick, Weber et Natalie Steinel, biologiste et directrice associée du Center for Pathogen Research & Training de l’Université du Massachusetts-Lowell, ont travaillé ensemble pour répondre à la question de la résistance aux parasites de l’épinoche. En cours de route, ils ont montré que la résistance aux parasites n’est pas toujours une bonne chose.
Ils ont étudié les épinoches des lacs Roberts et Gosling à proximité sur l’île de Vancouver en Colombie-Britannique. Les deux lacs ont des ténias et les deux ont des épinoches. Les deux populations d’épinoches sont extrêmement similaires. La principale différence est que les poissons Roberts cicatrisent agressivement pour empêcher les ténias de se développer, contrairement aux poissons Gosling. Leur seule autre différence évidente est que les femelles de Roberts se reproduisent beaucoup moins bien que les femelles de Gosling, apparemment parce que tout le tissu cicatriciel de leur abdomen rend la tâche plus difficile.
Les chercheurs voulaient savoir quels gènes étaient responsables de la cicatrisation et si la cicatrisation était la raison pour laquelle les femelles Roberts ne se reproduisaient pas aussi bien. Mais s’ils comparaient simplement les génomes des poissons Roberts et Gosling directement, ils pourraient être confondus par d’autres différences génétiques entre les populations qui n’étaient pas pertinentes pour la cicatrisation. Ils ont dû mélanger les deux populations afin que la seule différence constante entre deux poissons soit le trait de cicatrisation.
Pour remanier le jeu génétique, les chercheurs ont croisé des poissons de Roberts Lake avec des poissons de Gosling. Ces hybrides Roberts-Gosling étaient tous similaires, chacun ayant la moitié de ses gènes de chaque population. Ensuite, ces hybrides ont été accouplés pour créer une deuxième génération. La deuxième génération avait de nombreuses combinaisons différentes de gènes avec des poissons individuels ayant des traits variés différents les uns des autres, de leurs parents hybrides et de la génération des grands-parents Roberts et Gosling.
C’est cette deuxième génération génétiquement remaniée que les chercheurs ont ensuite exposée aux ténias.
Après les avoir exposés pendant un nombre spécifique de jours, l’équipe a examiné les quantités relatives de cicatrices et de ténias dans chaque poisson. Ils ont analysé les génomes de poissons fortement parasités et les ont comparés à l’ADN de poissons fortement cicatrisés. Ils ont réduit les différences à une poignée de gènes, puis ont soigneusement examiné lequel des gènes était très actif. Et ils ont découvert que l’un des gènes les plus actifs était un gène qui est également étroitement associé à la cicatrisation chez la souris.
Vous pourriez être surpris que les souris cicatrisent de la même manière que les poissons. Mais la cicatrisation est contrôlée par le système immunitaire, qui est similaire chez tous les vertébrés, des poissons aux souris en passant par nous.
Les chercheurs ont ensuite examiné ce gène dans les deux populations d’origine. Dans le génome des épinoches du lac Gosling, les poissons qui tolèrent les ténias sans laisser de cicatrices, les chercheurs ont découvert que le gène avait récemment évolué. Il semblait y avoir une pression évolutive constante pour tolérer les ténias au lieu de les cicatriser.
« Il s’agit de l’un des rares articles rédigés à la fois dans la nature et en laboratoire pour montrer un coût de remise en forme important pour la résistance aux parasites », a déclaré Bolnick. Mais c’est logique. Les épinoches femelles avec beaucoup de cicatrices sont 80 % moins susceptibles de se reproduire avec succès. Les ténias ne semblent pas affecter la reproduction, bien qu’ils ralentissent le poisson et le rendent plus susceptible d’être mangé par un oiseau.
« En sautant et en regardant ces systèmes, nous pouvons apprendre énormément non seulement sur le processus d’évolution, mais aussi sur de nouveaux mécanismes ayant une valeur appliquée aux personnes et au bétail. Des mécanismes comme la façon dont votre système immunitaire reconnaît un parasite, comment vous résister à un parasite et comment vous désactivez une réponse immunitaire indésirable », explique Weber.
« Ce travail est important car il met en évidence la variabilité immunologique (et donc la capacité de résister aux infections) qui existe au sein et entre les populations, comment cela se produit et comment cela peut affecter les résultats de santé », a déclaré Natalie Steinel de l’UMass Lowell. « Dans cet article, nous abordons les questions de co-évolution immunitaire/pathogène à l’aide de poissons, mais ces principes sont largement applicables à d’autres systèmes animaux, y compris les infections humaines. Pour gérer avec succès les maladies infectieuses, nous devons comprendre l’équilibre des coûts et des avantages qui résulte d’une réponse immunitaire. »
Jesse N. Weber et al, Gain évolutif et perte d’une réponse immunitaire pathologique au parasitisme, La science (2022). DOI : 10.1126/science.abo3411. www.science.org/doi/10.1126/science.abo3411