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Dernière mise à jour : Mai 2018

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UMR DGIMI Diversité, génomes interactions microorganismes-insectes

Biologie intégrative des interactions bactéries - insectes - nématodes entomopathogènes (BIBINE)

Objectifs :

L'objectif principal de nos travaux de recherche est de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la virulence des bactéries entomopathogènes appartenant aux genres Photorhabdus et Xenorhabdus vis-à-vis de leur hôte insecte. Ces entérobactéries vivent en association symbiotique avec des nématodes des sols (les vecteurs) et sont pathogènes après vection pour de nombreux ordres d'insectes. Ces complexes némato-bactériens sont utilisés en lutte biologique contre les insectes ravageurs de cultures.
Par leur cycle naturel, Photorhabdus et Xenorhabdus constituent des bactéries modèles afin de comprendre les relations bactéries-invertébrés. Toutefois, ces modèles bactériens restent originaux dans le monde des pathogènes d'insecte car leur voie d'entrée dans le corps intérieur des insectes (l'hémocœle) est directe, contrairement à la plupart des autres pathogènes qui doivent franchir l'intestin (comme Bacillus thuringiensis, Nielsen-Leroux et al., 2012). 
En utilisant des seringues en lieu et place des nématodes, nous avons montré que ces bactéries sont fortement pathogènes (DL50 inférieure à 20 cellules viables) sur les lépidoptères modèle de l'unité DGIMI, les noctuelles du genre Spodoptera. Face aux infections, les insectes, et les invertébrés en général, opposent des réactions cellulaires et humorales proches de l'immunité innée des mammifères. Cependant, Photorhabdus et Xenorhabdus se développent en 24h dans le milieu intérieur des insectes. Afin de mieux connaître les déterminants géniques liés à la virulence et le processus infectieux, nous avons développé une approche intégrative.

cycle_NEP

Figure ci-dessus. Le cycle de vie des bactéries des genres Photorhabdus et Xenorhabdus commence par la colonisation du tractus intestinal de nématodes entomopathogènes des genres Heterorhabditis et Steinernema respectivement, sous leur forme de juvéniles infectieux (IJ; infective juveniles). Les IJs sont des chasseurs qui utilisent généralement des ouvertures naturelles des larves d'insectes (la bouche et l'anus) comme voies principales d'entrée (étape 1), et se retrouvent dans le tube digestif (étape 2) avant d'entrer dans l'hémocoele (étape 3). Toutefois, les nématodes du genre Heterorhabditis peuvent également entrer dans le corps de l'hôte en perforant la cuticule larvaire. Dans l'hémocoele, les nématodes libèrent leurs symbiotes bactériens qui provoquent une infection chez l'insecte (étape 3). Dans le cadavre de l'insecte, les bactéries se multiplient et les nématodes se développent et se reproduisent (étape 4). Au cours de ce cycle de vie, Photorhabdus et Xenorhabdus doivent accomplir avec succès trois étapes distinctes au sein de l'insecte hôte :

  • surmonter la réponse immunitaire et tuer les insectes,
  • produire des nutriments à partir du cadavre d'insecte qui permettent le développement du nématode, et
  • coloniser les IJs.

Après 2 à 3 cycles de reproduction, les nématodes perçoivent des signaux non encore caractérisés en provenance de leur environnement qui stimulent la production et l'émergence de plusieurs centaines de milliers d'IJs colonisés par les bactéries. Les thèmes de recherche de l'équipe BIBINE sont indiqués dans les cadres noirs.

Les points principaux que nous avons abordés sont :

  • la taxinomie et la phylogénie des bactéries symbiotiques de nématodes entomopathogènes,
  • la caractérisation génomique de souches de références, et en particulier la caractérisation des génomes flexibles qui codent généralement des facteurs d’adaptations bactériens à l’environnement biotique,
  • la caractérisation des bases génétiques du pouvoir pathogène de Photorhabdus et Xenorhabdus ainsi que l’étude du contrôle de l’expression de ces gènes,
  • la connaissance du processus infectieux de ces bactéries, et plus précisément où et quand leurs gènes de virulence s’expriment chez l’insecte,
  • l’évaluation de l’impact de ces gènes dans la virulence et enfin, 
  • la caractérisation de l'hétérogénéité phénotypique dans une population clonale observée pour ces deux genres bactériens. 

Voir aussi

NIELSEN-LEROUX CGAUDRIAULT S, RAMARAO N, LERECLUS D, GIVAUDAN A2012. How the insect pathogen bacteria Bacillus thuringiensis and Xenorhabdus Photorhabdus occupy their hosts. Curr Opin Microbiol. 15:220-231.

OGIER JCPAGES SBISCH G, CHIAPELLO H, MEDIGUE C, ROUY Z, TEYSSIER C, VINCENT S, TAILLIEZ PGIVAUDAN AGAUDRIAULT S2014. Attenuated virulence and genomic reductive evolution in the entomopathogenic bacterial symbiont species, Xenorhabdus poinariiGenome Biol Evol. 6:1495-513.

JUBELIN G, LANOIS A, SEVERAC D, RIALLE S, LONGIN C, GAUDRIAULT S, GIVAUDAN A. 2013. FliZ is a global regulatory protein rheostatically affecting the expression of flagellar and virulence genes in individual Xenorhabdus bacterial cells. PLoS genetics. 9(10): e1003915. doi:10.1371/journal.pgen.1003915

DUVIC B, JOUAN V, ESSA N., GIRARD PA, PAGES S, ABI KHATTAR Z, VOLKOFF AN, GIVAUDAN A, DESTOUMIEUX-GARZON D, ESCOUBAS JM. 2012. Cecropins as a marker of Spodoptera frugiperda immunosuppression during entomopathogenic bacterial challenge. J Insect Physiol. 58:881-888.

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