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Anopheles gambiae

Projet(s): 


Premier génome d’un vecteur de maladie parasitaire

Le moustique Anopheles gambiae est le principal vecteur du paludisme en Afrique. Selon les dernières statistiques de l’OMS, cette maladie parasitaire affecte de 300 à 500 millions de personnes par an dans le monde, et en tue plus d’un million et demi chaque année, pour la plupart des enfants africains. Avec le SIDA, le paludisme est l’un des principaux facteurs de mortalité au sein des populations d’Afrique, d’Asie du Sud-Est et d’Amérique latine ; il porte une lourde part dans l’appauvrissement continu de ces populations.

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Un moustique vecteur du paludisme (Anopheles freeborni) prenant son repas de sang (WHO/TDR)

Les parasites du genre Plasmodium, responsables de la maladie, sont transmis à l’homme lors de la piqûre d’un moustique femelle infecté. On s’est donc efforcé de limiter leur transmission par l’usage de moustiquaires ou par des campagnes d’éradication de l’anophèle. Mais le moustique a fini par développer une résistance aux insecticides, de même que le parasite a développé dans certaines régions une résistance aux médicaments antipaludéens.

Une meilleure connaissance de l’anophèle permettrait de mieux le combattre, mais aussi de prendre pour cible une nouvelle étape du cycle de vie de Plasmodium. Des relations entre les trois acteurs de la maladie - le parasite, son hôte humain et son vecteur diptère -, la plus étudiée à ce jour est en effet l’interaction entre Plasmodium et l’être humain infecté ; or cette recherche ne s’est pas encore traduite par des avancées décisives dans la mise au point d’un vaccin. En revanche, les interactions entre le parasite et l’insecte restent peu explorées. Leur étude pourrait révéler des voies nouvelles pour inhiber le développement du parasite chez le moustique et sa transmission à l’homme. Enfin, les interactions entre le moustique et l’homme - l’attirance du moustique femelle pour l’être humain - sont fondées sur des récepteurs olfactifs et gustatifs dont il sera intéressant de découvrir les gènes : cela pourrait permettre la mise au point de nouveaux répulsifs ou au contraire d’attractifs utilisables dans des pièges à odeurs.

L’intérêt d’un projet génome anophèle

L’identification des gènes impliqués dans l’immunité du moustique vis-à-vis des parasites du paludisme, dans son attirance pour l’homme, ou encore dans sa résistance aux insecticides, reste toutefois un travail fastidieux par les méthodes génétiques classiques. Avec les progrès accomplis dans le séquençage d’organismes supérieurs est alors né le projet ambitieux de s’attaquer au génome entier de l’anophèle. Dès 1998, le Genoscope et l’Unité de Biochimie et de Biologie Moléculaire des Insectes à l’institut Pasteur ont entrepris un programme de séquençage à grande échelle. Sur cette lancée, un consortium international s’est constitué à l’institut Pasteur en avril 2001 dans le but de séquencer la totalité du génome de l’anophèle, l’essentiel du travail de séquençage proprement dit revenant à l’entreprise américaine Celera Genomics et au Genoscope.

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Larves appartenant à une souche d’anophèle génétiquement modifiée par l’introduction du gène codant la protéine fluorescente verte. La possibilité de transformer génétiquement le moustique est une formidable opportunité pour la recherche. Elle ouvre également la voie à la création de souches incapables de transmettre le paludisme (WHO/TDR/Stammers)

La source de l’ADN génomique à partir duquel le consortium a choisi de travailler est la souche PEST. Cette souche d’anophèle a été produite par croisement de moustiques collectés en Afrique de l’Est et d’une souche de laboratoire porteuse d’une mutation - oeil rose - utile pour détecter des moustiques contaminants. L’équipe de Frank Collins, à l’université Notre Dame (Etats-Unis), s’en était déjà servi pour préparer une banque de grands fragments génomiques clonés dans des chromosomes artificiels bactériens (BAC), banque qui a servi au début du projet. Le fait de partir, non d’une souche pure, comme dans d’autres projets de séquençage, mais d’une espèce " de terrain " fortement polymorphe, constituait une nouveauté et une difficulté. Ce cas de figure risque de survenir de plus en plus souvent à mesure que la génomique explorera la diversité écologique.

Le consortium a aujourd’hui atteint ses premiers objectifs : une « ébauche » de la séquence du génome de l’anophèle est librement accessible depuis mars 2002, et l’article décrivant cette ébauche est paru dans la revue Science le 4 octobre 2002. Du fait de la stratégie de séquençage retenue (voir projet de séquençage), l’ébauche se présente sous la forme d’environ 19 000 contigs (assemblages de lectures chevauchantes), eux mêmes reliés en environ 9 000 « ossatures ». Il ne s’agit donc pas d’une séquence « finie », ce qui limite la recherche des gènes. En outre, le polymorphisme de la souche PEST, dû à sa genèse, a entraîné des difficultés et des incertitudes dans l’assemblage. Le Genoscope et l’Institut Pasteur poursuivent leur collaboration en vue d’améliorer la qualité et l’interprétation des données de séquence.

L’ébauche du génome de l’anophèle<

En dépit de ses imperfections, la séquence disponible constitue d’ores et déjà un formidable outil pour la communauté des chercheurs travaillant sur le moustique, et plus largement sur le paludisme. L’annotation - la délimitation et la caractérisation des gènes - a été entreprise par Celera et le groupe de bioinformatique européen Ensembl en combinant la recherche par homologie et la prédiction ab initio par des algorithmes. Le fait de disposer de la séquence génomique d’un autre insecte diptère, la drosophile, qui est en outre l’objet d’études génétiques depuis près d’une centaine d’années, est ici un atout. Plus de 15 000 gènes d’anophèle ont ainsi été définis, dont un millier sont suspects à divers titres. Ce sont donc environ 14 000 gènes putatifs qui sont livrés à la curiosité des spécialistes du moustique depuis mars 2002, alors qu’en 1999, on n’en connaissait seulement une dizaine ! Il reste toutefois à vérifier « manuellement » ces annotations automatiques et à s’engager dans des programmes de génomique fonctionnelle et de transgénèse pour établir expérimentalement le rôle de ces gènes.

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Dans le cycle de vie de Plasmodium falciparum, la fécondation intervient dans l’estomac de l’anophèle, après injestion des gamétocytes lors d’un repas de sang. L’oocyste résultant - photographié ici 10 jours après l’infection, au grossissement 400x - s’enkyste dans la paroi de l’estomac du moustique. A maturité, il libère plusieurs milliers de sporozo&iauml;tes qui gagnent les glandes salivaires et seront injectés à la prochaine personne piquée par l’anophèle infecté (WHO/TDR/Taylor-Robinson)

Parmi les premiers enseignements de l’exploration du génome de l’anophèle, citons la découverte d’une vingtaine de nouveaux membres d’une famille de récepteurs olfactifs, non retrouvés chez la drosophile. Ce pourrait être un point de départ pour comprendre les signaux qui guident le moustique femelle vers l’homme, et pour concevoir des molécules attractives ou répulsives. L’identification de récepteurs gustatifs pourrait par ailleurs éclairer la façon dont le moustique identifie son hôte. Une autre différence avec la drosophile est le nombre plus élevé de protéases impliquées dans la réponse immunitaire innée chez les insectes, ce qui pourrait refléter le style de vie plus exposé de l’anophèle. Ces gènes, et d’autres encore, pourraient intervenir dans la réponse du moustique à l’infection par Plasmodium, et constituer ainsi des cibles pour bloquer le développement du parasite dans l’insecte. Citons encore les transporteurs ABC, des protéines qui semblent impliquées dans la résistance aux insecticides, et sur lesquelles travaillent les chercheurs de l’unité de biochimie et de biologie moléculaire des insectes à l’institut Pasteur. De quatre gènes connus, on est passé, grâce à la séquence du génome, à une cinquantaine. On s’est également intéressé aux gènes activés ou réprimés lors des repas de sang du moustique. La mise au point de puces à ADN à partir des séquences des gènes de l’anophèle permettra d’étudier plus précisément leur expression.

Les travaux menés à l’institut Pasteur illustrent également l’intérêt de la génomique comparative pour l’étude des gènes de l’anophèle. Un mécanisme nommé mélanisation, qui bloque le développement du parasite chez l’anophèle, est également observé chez la drosophile, et un gène qui le régule était connu chez cette mouche. Avec la séquence génomique de l’anophèle, un gène homologue a été découvert très rapidement chez le moustique. Réciproquement, le génome de l’anophèle pourra servir à interpréter ceux d’autres espèces de moustiques vecteur de maladies parasitaires, comme Aedes aegypti, vecteur de la dengue, dont le séquençage a commencé.

Cette ébauche s’ajoutant aux séquences du génome de Plasmodium falciparum et du génome humain, on dispose désormais d’informations génomiques sur le parasite, son vecteur et son hôte, cas de figure unique pour une maladie infectieuse. De nombreuses directions de recherche se dessinent donc où de nouvelles équipes pourraient s’engager, ce qui a conduit le CNRS, avec le soutien du programme Pal+ du Ministère de la Recherche, à lancer en avril 2002 un appel à propositions « post-séquençage anophèle ». Parmi les axes privilégiés figuraient notamment la phylogénie des anophèles et l’analyse du polymorphisme de leurs populations naturelles, études qui pourraient conditionner la réussite sur le terrain des diverses stratégies de lutte conçues au laboratoire. Par ailleurs, l’institut Pasteur a lancé un « grand programme horizontal de recherche » autour de l’anophèle, auquel participent 11 équipes du campus parisien ainsi que les instituts Pasteur de Dakar et de Madagascar.

Il est difficile de prédire, parmi les retombées du génome de l’anophèle, celles qui s’avéreront les plus utiles dans la lutte contre ce moustique et contre Plasmodium, mais il semble que nous ayons à présent assez d’informations pour déjouer les fantastiques capacités d’adaptation de ces deux organismes.


Le consortium international pour le séquençage de l’anophèle associe le Genoscope, l’Institut Pasteur (Paris), Celera Genomics (Etats-Unis), l’Université de Notre-Dame (Etats-Unis), Ensembl (projet commun entre le Wellcome Trust et l’European Bioinformatics Institute (Royaume-Uni)), l’European Molecular Biology Laboratory (EMBL, Allemagne), The Institute for Genomic Research (TIGR, Etats-Unis), l’Institute of Molecular Biology and Biotechnology (IMBB, Grèce), sous le patronage du programme spécial sur les maladies tropicales (TDR) géré par le PNUD, l’OMS et la Banque mondiale (Genève, Suisse).

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