Transmission locale vs. dispersion globale : Epidémiologie évolutive et complexité des métapopulations hôte-parasite

Local transmission vs. global dispersal: Spatial evolutionary epidemiology in complex metapopulations of hosts and parasites

• Auteur / Autrice : Yannick Huyet
• Direction : Oliver Kaltz, Emanuel A Fronhofer
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : BDI-Biologie des Interactions symbiotiques et parasitaires
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ISEM - Institut des Sciences de l'Evolution -Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Evolution Experimentale des Communautés

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation

Dispersion

Epidémiologie

Métapopulation

Coévolution hôte-parasite

Evolution expérimentale

Metapopulation

Dispersal

Theoretical modelling

Host-parasite coévolution

Experimental evolution

Epidemiology

Résumé

Le changement global, les altérations des habitats ainsi que les modifications des opportunités de dispersion peuvent avoir de profondes conséquences sur la propagation spatiale et la répartition géographique de parasites et pathogènes. Une meilleure compréhension de cette dynamique requiert l'intégration (i) des facteurs écologiques déterminant la connectivité spatiale et (ii) les rétroactions entre démographie, épidémiologie et évolution. A ce jour, une telle vision intégrative représente un défi majeur pour la recherche fondamentale et appliquée. En utilisant des approches d'évolution expérimentale et de modélisation, ce projet de thèse vise à étudier le rôle de la structuration spatiale dans l'épidémiologie et dans la (co)évolution hôte-parasite. Dans des métapopulations expérimentales d'un système modèle unicellulaire (Paramecium caudatum et un parasite bactérien), nous allons (1) manipuler la structure des réseaux et la dynamique d'extinction/récolonisation, (2) suivre la propagation des épidémies, et (3) mesurer l'évolution conjointe des traits liés à la dispersion et des traits impliqués dans l'interaction antagoniste (résistance, fécondité, infectivité, virulence...). Par une approche de 'modélisation empirique', avec un paramétrage spécifique au système, nous allons évaluer la prévisibilité des résultats en fonction des différents scénarios spatiaux/écologiques. En particulier, ces modèles tiendront compte de l'impact des éventuels compromis (trade-offs) entre les différents traits mentionnés ci-dessus. Ce projet est novateur, car il intègre de la dynamique de métapopulation spatialement explicite avec les processus éco-évolutifs, qui déterminent la transmission locale et la dispersion globale des infections. Le projet permettra de révéler de nouveaux aperçus des processus évolutifs qui façonnent les aires de répartition des hôtes et de leurs ennemis. Ces questions centrales en recherche fondamentale concernent également la biologie de la conservation (espèces invasives), la santé publique et le secteur agro-alimentaire. La thèse sera co-encadrée par Emanuel Fronhofer (ISEM, Montpellier) et sera intégrée dans des collaborations avec des collègues de Montpellier (S. Lion, V. Dakos), Lille (F. Massol) et à l'étranger (G. Petroni, Italie ; Lydia Bright, US).

Global climate change, habitat alteration and changing opportunities for dispersal may have profound consequences for the global spatial spread and distribution of pests, parasites and pathogens. In order to understand and predict how disease spreads through a landscape, we need to understand the interplay between ecological determinants of population connectivity, epidemiological processes and (co)evolutionary changes in the interacting species. This represents a major challenge for both fundamental research and disease management. This PhD project will combine experimental evolution and theoretical modeling to investigate the role of spatial structure for the epidemiology and (co)evolution in host-parasite systems. Using experimental metapopulations of a microbial aquatic model system (Paramecium/Holospora), we will (1) manipulate network structure and extinction-recolonisation dynamics, (2) track the epidemic spread of infection and (3) study the concomitant evolution of dispersal traits and interaction traits, such as resistance, infectivity, or virulence. An empirical modeling approach, using specifically tailored and simulation models, will assess the quantitative predictability of epidemiological and evolutionary outcomes for the different landscape scenarios. Specifically, we will explore how these outcomes are affected by possible trade-offs between the traits of interest. The project links classic ideas of host-parasite coevolution (virulence, resistance) with new developments from metacommunity ecology (eco-evolutionary feedbacks, dispersal evolution). It breaks new grounds by integrating spatially explicit metapopulation dynamics with eco-evolutionary processes governing local transmission and global dispersal. It has the potential to provide novel insights in the evolutionary processes determining the geographic ranges of hosts and their parasites. These are central issues in fundamental research, but also concern the study of invasive species or diseases threatening public health and food industry. The PhD project is co-supervised by Emanuel Fronhofer (ISEM, Montpellier) and will be benefit from collaborations with colleagues from Montpellier (S. Lion, V. Dakos), Lille (F. Massol) and from abroad (G. Petroni, Italy; L. Bright, US).