Dans une nouvelle étude publiée dans eVieauteur principal Carolyn Elya, chercheuse postdoctorale au Département de biologie de l’organisme et de l’évolution à Harvard, révèle les fondements moléculaires et cellulaires du champignon parasite Entomophthora muscae (E. muscae), capacité à manipuler le comportement des mouches des fruits.
Elya a d’abord décrit le comportement manipulé, appelé sommet, dans un étude Publié dans eVie en 2018. Elya, qui étudiait les microbes transportés par les mouches des fruits alors qu’elle était étudiante diplômée à l’Université de Californie (UC) Berkeley, a préparé des fruits pourris pour capturer les mouches des fruits sauvages.
Quand elle a vérifié plus tard si elle en avait capturé, elle a trouvé à la place des mouches zombies, avec un motif de bandes sur leur abdomen, qui étaient mortes en prenant une pose intéressante. Grâce à l’extraction et au séquençage de l’ADN, Elya a confirmé la cause suspectée, E. muscae.
Le sommet se produit au coucher du soleil lorsque les mouches infectées montent à un endroit élevé et étendent leurs trompes à la surface. Une gouttelette collante qui émerge de la trompe fait adhérer la mouche à la surface juste avant que les ailes ne se soulèvent et s’éloignent du corps et que les mouches ne meurent.
« L’escalade est très importante car elle positionne la mouche dans un endroit avantageux pour que le champignon se propage au plus d’hôtes possibles », explique Elya. « Le champignon saute vers le nouvel hôte en formant des structures très spécialisées et temporaires qui éclatent à travers la peau de la mouche et projettent des spores dans l’environnement qui ne sont bonnes que pour quelques heures. C’est un processus éphémère, donc une position avantageuse est essentielle à la survie. . »
Pendant son séjour à l’UC Berkeley, Elya a développé un modèle de laboratoire qu’elle appelle le système de «mouche zombie» Entomophthora muscae-Drosophila melanogaster en utilisant l’isolat fongique sauvage qu’elle a trouvé dans son jardin. Avec ce système, Elya pourrait infecter en continu les mouches des fruits – un aliment de base en laboratoire, ainsi que cultiver le champignon indépendamment de l’hôte de la mouche dans des milieux censés imiter l’environnement interne de la mouche.
Le sommet est apparu plusieurs fois dans la littérature scientifique, mais les études n’avaient été que des observations de mouches domestiques mortes. Personne n’avait jamais observé comment les mouches se comportent dans leurs dernières heures de vie. Elya a entrepris de combler ce manque de connaissances sur ce qui se passe lorsque les mouches atteignent leur sommet en développant un test comportemental à haut débit pour suivre automatiquement des centaines de mouches infectées. En utilisant cette plateforme pour surveiller le comportement des mouches devenant des zombies, elle a rencontré une surprise.
« Nous avons découvert que le sommet n’est pas une question d’escalade », a déclaré Elya, « c’est en fait cette explosion d’activité locomotrice qui commence environ deux heures et demie avant la mort des mouches. »
Avec cette découverte, Elya et ses co-auteurs ont associé son système pour créer des mouches zombies à la demande avec la puissante boîte à outils génétique des mouches des fruits du laboratoire. Avec ceux-ci et le nouveau test de comportement de l’auteur, ils ont pu identifier les gènes et les neurones nécessaires pour que les mouches atteignent le sommet.
« Dans l’ensemble, nous avons constaté que les axes hormonaux des mouches servaient de médiateur au comportement de sommet. Lorsque nous avons fait taire ces neurones, les mouches étaient vraiment mauvaises pour le sommet », explique Elya. Ces neurones envoient des projections à un organe neurohémal qui produit l’hormone juvénile, une hormone conservée chez les insectes. « Nous pensons que le champignon est en fait à l’origine de l’activité de ces neurones afin de piloter la libération de cette hormone, ce qui provoque chez les mouches cette poussée d’activité locomotrice. »
Elya et ses co-auteurs ont ensuite pu collecter un ensemble de données comportementales composé de centaines de mouches infectées, qu’ils ont ensuite utilisé pour entraîner un ordinateur à identifier les mouches au sommet. Cet outil de classification a permis à l’équipe de découvrir que les cellules fongiques envahissent le cerveau de la mouche de manière organisée, occupant des régions spécifiques du cerveau lors du sommet.
Fait intéressant, l’équipe a également découvert que la barrière hémato-encéphalique des mouches est compromise lorsqu’elle est exposée au champignon. Normalement, les neurones sont protégés du sang qui circule dans le corps de la mouche. La rupture de la barrière hémato-encéphalique a des conséquences importantes sur ce à quoi les neurones sont exposés, permettant potentiellement aux choses qui circulent dans le sang d’interagir avec les neurones du cerveau, fournissant ainsi une voie pour moduler l’activité neuronale.
« Nous pensons que cela pourrait être important pour la façon dont le champignon entraîne des changements de comportement », a déclaré Elya, « et nous avons en fait découvert que vous pouvez prélever du sang sur des mouches qui adoptent le comportement de sommet, le mettre dans des mouches naïves et en conduire certaines. cette locomotion accrue. Nous avons donc montré qu’il existe au moins une capacité partielle à récapituler ce comportement de sommet simplement en transférant du sang de mouche.
Elya dit que ces expériences montrent que certains facteurs transmissibles par le sang peuvent entraîner un comportement de sommet, bien qu’il ne soit pas encore clair quelle est l’identité de ces facteurs ou qui les produit (le champignon ou la mouche).
Elya espère ensuite développer des transgéniques pour aider à moduler les choses du côté des champignons en plus des perturbations qui peuvent déjà être faites chez les mouches. « Il y a encore beaucoup de questions ouvertes ici », dit-elle, « ce que fait le champignon est toujours un mystère. »
Plus d’information:
Carolyn Elya et al, Mécanismes neuronaux du comportement de sommet induit par les parasites chez la drosophile ‘zombie’, eVie (2023). DOI : 10.7554/eLife.85410