Comme le COVID l’a démontré, lorsque les agents pathogènes se déplacent dans la population, nous nous adaptons, limitons les interactions, voire nous isolons, et changeons généralement la façon dont nous nous associons les uns aux autres. Les humains ne sont pas seuls. De nouvelles recherches menées par des scientifiques de Harvard donnent un aperçu de la façon dont les agents pathogènes modifient les comportements sociaux des animaux.
« Les conditions environnementales extrêmes ont une très forte influence sur tous les animaux », a déclaré Yun Zhang, professeur au Département de biologie de l’organisme et de l’évolution. Mais bien que ce comportement ait été observé chez les animaux, des simples mouches des fruits jusqu’aux primates, les chercheurs n’ont pas compris ce qui se passe dans le cerveau d’un animal individuel qui entraîne des changements de comportement social induits par l’infection.
Dans leur nouvel article, publié en Nature, Zhang et ses collègues ont étudié le petit ascaris C. elegans, qui existe dans la nature avec deux sexes : des hermaphrodites qui produisent à la fois des ovules et du sperme, et des mâles. Dans des conditions normales, les hermaphrodites sont des solitaires, préférant s’auto-reproduire plutôt que de s’accoupler avec des mâles. Cependant, l’équipe de Zhang a découvert que les vers hermaphrodites infectés par une souche pathogène de la bactérie Pseudomonas aeruginosa s’intéressaient davantage les uns aux autres et augmentaient leur accouplement avec les mâles.
« En général, par rapport à l’auto-reproduction, l’accouplement avec des mâles est plus susceptible de produire de nouveaux génomes par recombinaison », a ajouté Zhang. « Par conséquent, l’augmentation de l’accouplement induite par l’agent pathogène renforce la capacité à produire une diversité génétique pour l’adaptation des animaux hôtes. »
Qu’est-ce qui motive ce changement de comportement d’accouplement ? Un mélange de phéromones – de petites substances chimiques volatiles émises par des vers individuels auxquels d’autres vers réagissent – joue un rôle important.
« Ces phéromones sont généralement des signaux de dispersion qui poussent les hermaphrodites à se repousser », a déclaré Tailhong Wu, chercheur postdoctoral au laboratoire de Zhang et co-premier auteur de l’article. Mais les hermaphrodites infectés deviennent moins repoussés par les phéromones. Parfois, ils sont même attirés par eux.
Plus précisément, les chercheurs ont découvert qu’une paire de neurones à détection chimique dans le ver commençait à répondre aux phéromones après l’infection et que ces neurones étaient nécessaires pour que les vers modifient leur comportement.
Ensuite, les chercheurs ont isolé l’ARN messager de la paire de neurones, examinant en quoi ils sont différents après l’infection. Ils ont découvert que le récepteur de phéromone STR-44 était significativement régulé positivement chez les vers infectés. Le récepteur STR-44 est un récepteur couplé aux protéines G (GPCR) et son expression fait que la paire de neurones répond au mélange de phéromones. L’équipe a testé de nombreux autres récepteurs de phéromones précédemment identifiés dans les vers, mais aucun ne semblait influencer le changement de comportement social induit par les agents pathogènes, suggérant le rôle spécifique de STR-44 dans ce processus.
« Normalement, l’expression du récepteur de la phéromone STR-44 est très faible dans les vers », a déclaré Minghai Ge, un autre chercheur postdoctoral du laboratoire de Zhang et co-premier auteur de l’article. « Mais l’exposition à l’agent pathogène bactérien induit fortement l’expression de ce récepteur. » La présence de la plus grande quantité de récepteur de phéromone STR-44 a supprimé la répulsion des vers hermaphrodites et augmenté leur taux d’accouplement avec les mâles.
Au-delà des vers, Zhang a souligné que de nombreux GPCR différents pour les produits chimiques sont codés dans les génomes de plusieurs animaux. Ils sont utilisés pour évaluer les signaux environnementaux, tels que les odeurs, les goûts et les phéromones. La régulation des récepteurs de phéromones peut être une stratégie courante pour les animaux pour modifier leur comportement social en présence d’un stress pathogène, a-t-elle déclaré.
« Les animaux ont de nombreux GPCR capables de détecter des produits chimiques. Il est possible que certains d’entre eux ne soient normalement pas utilisés », a déclaré Zhang. « C’est comme s’ils étaient généralement conservés à la banque, uniquement pour être utilisés dans des conditions stressantes, comme une infection. »
L’équipe pense que la recherche ouvre la voie à l’étude du changement de comportement en réponse aux agents pathogènes et aux parasites chez des animaux plus complexes. « Cet animal modèle simple nous a donné des pouvoirs expérimentaux pour identifier la base neuronale et moléculaire de la plasticité comportementale sociale », a déclaré Zhang.
Des études antérieures ne provenant pas du laboratoire de Zhang ont déjà identifié les effets des agents pathogènes sur le comportement d’accouplement d’autres animaux invertébrés et vertébrés. « Peut-être que d’autres chercheurs peuvent examiner les réponses aux phéromones importantes pour le comportement d’accouplement chez ces animaux », a-t-elle suggéré, expliquant potentiellement comment l’infection affecte le système nerveux entraînant des changements de comportement, y compris ceux des interactions sociales.
Plus d’information:
Taihong Wu et al, Les bactéries pathogènes modulent la réponse aux phéromones pour favoriser l’accouplement, Nature (2023). DOI : 10.1038/s41586-022-05561-9
Cette histoire est publiée avec l’aimable autorisation de Gazette de Harvard, journal officiel de l’Université de Harvard. Pour plus d’informations sur l’université, visitez Harvard.edu.