Évolution de la virulence et infections multiples

Evolution of virulence and multiple infections

• Auteur / Autrice : Mircea Sofonea
• Direction : Ioannis Michalakis, Samuel Alizon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Evolution des systèmes infectieux
• Date : Soutenance le 14/09/2017
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Maladies infectieuses et vecteurs : écologie, génétique, évolution et contrôle (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Ophélie Ronce
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ioannis Michalakis, Samuel Alizon, Ophélie Ronce, Bernard Cazelles, Amaury Lambert, Elisabeta Vergu, Fabrice Vavre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Cazelles, Amaury Lambert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Parasitologie

Relations hôte-parasite

Polymorphisme (zoologie)

Mots clés libres

Interactions intra-Hôte

Polymorphisme

Coinfection

Superinfection

Patron d'infection

Adaptation

Within-Host interactions

Polymorphism

Coinfection

Superinfection

Infection pattern

Adaptation

Résumé

Au sein des populations naturelles d'êtres vivants circulent une diversité de parasites, qu'il s'agisse de plusieurs espèces, souches ou plus généralement types. Si certains modèles d'épidémiologie évolutive intègrent déjà le polymorphisme des parasites, rares sont ceux pour lesquels la dynamique épidémiologique dépend de la croissance intra-hôte et des interactions que les parasites entretiennent lorsqu’ils infectent le même hôte. Les complexité combinatoire et dynamique explique pourquoi il n'y a pour l'heure pas de prédiction générale de l'évolution de la virulence dans de tels contextes d'infections multiples. À la recherche d'une tendance générale d'évolution de la virulence, nous modélisons chaque niveau de dynamique sur lequel l'évolution des parasites repose. En particulier, nous étudions explicitement les interactions et l'issue de la compétition au sein des hôtes, les dynamiques épidémiologique et enfin adaptative. Sur l'exemple des infections chroniques causées par des micro-parasites transmis horizontalement, nous employons les approches propres aux systèmes dynamiques et aux probabilités pour emboîter cette suite de dynamiques afin d'en explorer les conséquences évolutives. Nous définissions notamment le concept de patron d'infection, à savoir l'ensemble des issues intra-hôte associées à chaque configuration d'inoculation et décrivons cinq patrons jusqu'ici non décrits, lesquels échappent à la dichotomie classique entre super- et coinfection. Cette typologie nous permet par la suite d'envisager l'évolution de la virulence dans un cadre général. Nous observons en particulier une inéluctable mais bornée croissance évolutive de la virulence.

Natural populations of living beings are exposed to a diversity of parasites, be they several species, strains or more generally types. While some evolutionary epidemiology models already incorporate parasite polymorphism, few make the connection between between-host dynamics and within-host parasite growth. As parasite polymorphism can even occur within the same host, distinct parasite types can interact in various ways and thus interfere with their transmission and therefore their evolution. The combinatorial and dynamical complexity explains why we still lack general predictions regarding the evolution of virulence in such multiple infection contexts. Seeking for a general trend in virulence evolution, we model each dynamical level on which parasite evolution relies. In particular, we explicitly investigate the within-host interactions and competition outcomes, the epidemiological and adaptive dynamics. Focusing on chronic infections caused by horizontally-transmitted microparasites, we apply both dynamical systems and probabilistic approaches to this nested sequence of dynamics to explore the evolutionary outcomes. We notably define the concept of infection pattern, that is the set of within-host outcomes of all inoculation challenges and identify five yet undescribed patterns that escape from the classical super/coinfection dichotomy. This typology then allows us to address virulence evolution under a general framework. We in particular observe an unavoidable but bounded evolutionary increase in virulence.