L’étudiant diplômé Reese Martin et son directeur de doctorat, Ann Tate, professeur adjoint de sciences biologiques, ont utilisé la modélisation théorique pour identifier une relation potentielle entre la pléiotropie génétique et l’évolution des réponses immunitaires. Le duo est l’auteur d’un article intitulé « La pléiotropie favorise l’évolution des réponses immunitaires inductibles dans un modèle de coévolution hôte-pathogène », publié dans Biologie computationnelle PLOS.
Martin a utilisé une métaphore pour expliquer la pléiotropie et les défenses inductibles versus constitutives. « Imaginez que vous vouliez toujours avoir les lumières allumées dès que vous entrez dans une pièce. Une solution serait de laisser les lumières allumées tout le temps, gaspillant de l’énergie quand vous n’êtes pas dans la pièce, une autre serait de mettre en place un capteur qui allume les lumières lorsque vous entrez dans la pièce, économisant de l’énergie mais vous laissant potentiellement dans l’obscurité lorsque les lumières s’allument », a expliqué Martin.
« La première solution ici s’apparente à l’immunité constitutive – toujours investir de l’énergie pour repousser les parasites même lorsqu’il n’y a pas de parasites présents. La seconde s’apparente à l’immunité inductible, où un investissement dans l’immunité ne se produit que lorsqu’un capteur est déclenché mais la réponse peut prendre le temps de s’intensifier, ce qui donne aux envahisseurs le temps de prospérer avant que votre système immunitaire ne puisse les éliminer. »
Il a ensuite expliqué que la pléiotropie, le phénomène où un gène affecte plusieurs traits, reviendrait à utiliser un seul interrupteur pour allumer à la fois les lumières et un mélangeur. Dans la métaphore, il a imaginé que ce serait utile si vous vouliez un smoothie chaque fois que vous allumiez les lumières, mais que sinon cette configuration était au mieux un gaspillage.
Le travail a été inspiré par un conflit perçu entre l’évolution rapide de l’immunité, l’évolution généralement lente des gènes pléiotropes et l’abondance des gènes pléiotropes impliqués dans l’immunité. Martin et Tate ont conçu un modèle évolutif où les hôtes devaient repousser les parasites et les hôtes qui réussissaient à repousser les parasites créaient la prochaine génération d’hôtes, avec le potentiel de transmettre une mutation à un enfant. Certains hôtes étaient également aux prises avec un trait de leur immunité qui ne pouvait pas être modifié, correspondant à la nature à évolution lente des gènes pléiotropes.
La paire a testé plusieurs populations d’hôtes, une sans gènes pléiotropes et d’autres avec différentes implémentations de gènes pléiotropes. Dans la première population, les réponses constitutives étaient courantes, certaines populations développant des réponses immunitaires inductibles à mesure que le risque d’être infecté augmentait. Deux des populations pléiotropes étaient identiques à la population non pléiotrope, mais deux autres ont exprimé des réponses immunitaires plus constitutives ou des réponses immunitaires plus inductibles que la population non pléiotrope. Bien qu’ils soient moins courants que les hôtes constitutifs, les hôtes inductibles étaient très en forme, ce qui suggère que l’évolution de l’immunité inductible était difficile.
Selon Tate, « Reese est un biologiste informatique génial qui apporte des dents théoriques à de nombreux concepts, y compris l’évolution de la signalisation du système immunitaire et l’évolution des compromis sur l’histoire de la vie, que nous étudions en laboratoire. Son travail complète le travail expérimental en laboratoire en formant de nouvelles hypothèses testables, en nous aidant à voir les trous dans notre logique et en reliant les points à travers différents processus dynamiques aux niveaux écologique et évolutif.
Martin espère, au-delà des résultats ci-dessus, que d’autres pourront s’appuyer sur les méthodes du duo. Il a expliqué: « J’aimerais que les gens voient ce type de travail théorique comme un outil exploratoire qui peut être utilisé pour éclairer les hypothèses futures et guider l’expérimentation empirique. »
Il a développé un amour précoce de la science à travers la paléontologie. Il a expliqué que l’évolution a toujours été un de ses intérêts, mais maintenant qu’il est diplômé, c’est devenu l’axe principal de son travail.
Il a conclu: « Je suis d’avis que comprendre comment un processus biologique a évolué est une étape majeure pour comprendre comment ce processus fonctionne aujourd’hui. »
Plus d’information:
Reese A. Martin et al, Pleiotropy favorise l’évolution des réponses immunitaires inductibles dans un modèle de coévolution hôte-pathogène, Biologie computationnelle PLOS (2023). DOI : 10.1371/journal.pcbi.1010445