-
Présentation
1. Membres de l’équipe
- Enseignant·e·s-chercheur·e·s: Claudie DOUMS (DE-EPHE), Marie-Christine MAUREL (PREX), Stefano MONA (MCF-EPHE), Romain NATTIER (MCF-MNHN), Pierre de VILLEMEREUIL (MCF-EPHE), Thierry WIRTH (DE-EPHE)
- Task Force: Pascaline CHIFFLET-BELLE (Technicienne-EPHE)
2. Nos principaux axes de recherche
L’équipe BIPEM étudie les mécanismes de l’évolution. Le cadre théorique touche la génomique des populations et la systématique, ainsi que l'origine de la vie et la microbiologie évolutive.
Nos thématiques de recherche s'articulent essentiellement autour de trois axes, leur géométrie est évolutive mais devrait se cristalliser dans les années à venir.
- Axe 1 Génomique des populations : spéciation écologique, métapopulations, architecture génétique, génétique fonctionnelle, mimétisme sexuel, urbanisation, morphologie (lézards – fourmis – coccinelles – requins - Homo sapiens) de Villemereuil, Doums, Mona, Nattier
Pierre de Villemereuil s'intéresse à l’étude des phénomènes adaptatifs, à une échelle micro-évolutive dans les populations naturelles. Pour cela, il combine des approches de l’écologive évolutive, de la génétique quantitative et de la génomique des populations. Ses travaux requièrent le développement de nouveaux cadres méthodologiques et d’outils statistiques, pour lesquels il recourt essentiellement aux statistiques bayésiennes.
Le fil conducteur des travaux de Claudie Doums repose sur l'étude des stratégies d'adaptation des organismes à leur environnement avec un accent particulier mis sur les traits d'histoire de vie (fécondité, croissance) et les stratégies de reproduction (reproduction sexuée et asexuée, nombre de partenaires sexuels). Récemment, elle s'est attachée à intégrer une dimension supplémentaire à ces thématiques en considérant l'importance des interactions sociales dans les sociétés d'insectes (en particulier de fourmis) et des conflits sociaux qui peuvent en découler. Ses travaux, sur l'organisation socio-génétique des colonies de fourmis, ont permis la découverte d'une stratégie de reproduction originale chez les fourmis permettant de bénéficier des avantages de la reproduction sexuée sans en payer le coût lié à la diminution de transmission des gènes. Elle a également initié des travaux sur l'importance de l'environnement social dans la mise en place de la diversité morphologique des ouvrières au sein des colonies et sur les bénéfices potentiels de cette diversité pour les colonies. Enfin dans un contexte actuel de forte anthropisation de l'environnement, elle s'intéresse à l'impact de l'urbanisation sur les capacités de dispersion (flux de gènes) et les potentialités d'adaptation et d'acclimatation des fourmis à ces modifications récentes de l'environnement (Boulay et al. 2016).
- Stratégies d’allocation des ressources chez la fourmi Cataglyphis cursor (projet CRAC-ANT) : CD a étudié l’allocation des ouvrières lors de la nouvelle fondation de colonie, elle a pu montrer que les nids nouvellement formés bénéficiaient d’ouvrières plus grosses que le nid d’origine (Cronin et al. 2016). Par ailleurs certaines lignées génétiques (paternelles) se retrouvaient plus fréquemment dans les nids filles.
- Diversité morphologique et plasticité phénotypique (ANR ANTEVO) : Si la diversité morphologique des ouvrières est considérée comme bénéfique pour la colonie, peu de preuves existent chez des espèces classiques présentant une simple variation continue de taille. Ces résultats suggèrent que chez une espèce avec variation continue de taille (Temnothorax nylanderi), la diversité de taille n’est pas forcément bénéfique (Colin et al. 2017). Par ailleurs la diversité de taille augmente en environnement stressant (augmentation thermique) (Molet et al. Soumis).
Stefano Mona est le chercheur de l’équipe avec le plus grand bagage théorique, il a notamment fait un post-doc dans l’équipe de Laurent Excoffier avant de rejoindre le BIPEM. Les thématiques de SM sont multiples mais ont comme fil directeur les aires d’expansion et les processus démogénétiques. Ses nombreuses collaborations avec Le CRIOBE accompagnées de financement du Labex Corail lui ont permis de révéler l’histoire évolutive et les routes de dispersion du requin à pointe noire dans le Pacifique (Maisano-Delser et al. 2016). Sur un plan plus fondamental, il a évalué l’impact des aires d’expansion sur la diversité génétique des espèces (Mona 2016), tandis que PPMD publie des travaux similaires sur Homo sapiens (Maisano-Delser et al. 2016). Par ailleurs, SM développe de nouvelles méthodes d’inférences démographiques à partir des données NGS.
Romain Nattier est MCF-MNHN, son implication dans la gestion des collections et leur valorisation est donc importante. Sa thématique principale de recherche porte sur les mécanismes à l’origine de la diversité biologique, et de la façon dont elle s’est structurée et mise en place au cours du temps. Les questions générales posées dans ses travaux sont les suivantes : quelle est l’origine des peuplements et de l’endémisme local ? Par quels processus ces peuplements se sont-ils formés? Comment expliquer l’endémisme à différentes échelles ? Ce dernier révèle-t-il des modalités voire des causalités particulières pour ces processus de spéciation ? Quels facteurs environnementaux influencent la diversification et la spéciation ? Le mode et le tempo de la spéciation sont pas exemple développés chez les coccinellidae. Une autre thématique de recherche est axée sur la description de la biodiversité et des outils numériques qui facilitent son identification. RN est impliqué dans le développement d’outils informatique et de clefs d’identification « grand public » permettant à des naturalistes en herbe d’identifier des insectes rencontrés lors de leurs pérégrinations.
- Axe 2 Evolution microbienne : épidémiologie moléculaire, dispersion, démogénétique et résistance aux antibiotiques TW
Les travaux de Thierry Wirth sur la tuberculose ont contribué à la reconstruction de l’histoire évolutive du bacille de Koch, qui demeure la principale source de mortalité chez l’espèce humaine (infection bactérienne). En 2015 une publication dans Nature Genetics (Merker et al. 2015) présente la structuration génétique et la démographie d’une lignée évolutive de la tuberculose (Beijing), ainsi que les gènes sous sélection diversifiante (Fig. 3). Cet article est signé en dernier auteur par TW (highly-cited, N = 84). Ce clade est particulièrement important car il comprend la majorité des bactéries multirésistantes aux antibiotiques et les mutations détectées devraient permettre de développer des outils diagnostiques. Plus récemment Rasigade et Wirth ont également développés un indice (THD) basé sur les seules informations génétiques et qui permet de mesurer l’épidémicité ou l’endémicité d’une souche bactérienne (Rasigade et al. 2016). Cet outil développé initialement sur Mycobacterium tuberculosis permet de contourner la part subjective de la définition d’épidémicité et de procurer aux épidémiologistes un algorithme (sous R) leur permettant de suivre dans le temps et l’espace le succès d’un clone. L’expertise internationale de TW est également reconnue par une invitation de l’éditeur de Nature Genetics à rédiger un bref article dans news and views concernant la génomique populationnelle et la dynamique spatiale d’un clone émergeant de Salmonella Typhi (Wirth 2015).
Figure 3. Analyse Bayésienne de la fluctuation de la taille efficace de M. tuberculosis Beijing. Les zones grisées sombres correspondent aux intervalles de confiance (95%) et les colonnes verticales grisées claires aux principaux évènements socio-économiques associés aux fluctuations démographiques de la tuberculose (d’après Merker et al 2015).
A signaler dans le prolongement de ces travaux l’obtention en 2017 d’une ANR blanche TB-Emerge intitulée Naissance d'un tueur: facteurs génétiques et adaptations métaboliques impliquées dans l'émergence des bacilles tuberculeux épidémiques. L’équipe BIPEM est partenaire à hauteur de 54k€/598k€, notamment sur les aspects adaptation moléculaire, microévolution et simulations.
- Axe 3 Le monde des ARNs : propriétés informationnelles et catalytiques des acides ribonucléiques, synthèse de fragments d’ARN en conditions hydrothermales, plasticité et modularité des viroïdes MCM
L’équipe de Marie-Christine Maurel a rejoint l’équipe BIPEM en cours de quadriennal, quittant l’UPMC pour rejoindre le MNHN. Ce regroupement a conduit à renommer l’équipe BIP en BIPEM, intégrant ainsi la dimension évolution moléculaire. MCM s’intéresse plus particulièrement à la synthèse des ARN pré-biotiques et des briques élémentaires à l’origine de la vie. Laura da Silva a soutenu sa thèse en décembre 2016 et a publié ses travaux sur la genèse de molécules d’ARN dans des conditions s’apparentant aux eaux hydrothermales originelles (Da Silva et al. 2016). Une seconde doctorante, Mariame Akouche a décrit pour sa part, le comportement thermique du d-Ribose adsorbé sur les silicates (Akouche et al. 2016).
MCM toujours, dans sa poursuite de la compréhension de l’origine de la vie développe également un volet viroïde (ARN nu), constituant pour certains d’entre eux les plus petits agents pathogènes connus. Ces viroïdes, composés d’ARN-enzymes sont apparentés à des vestiges d’un monde ANR pré-cellulaire à la frontière du vivant (Leclerc et al. 2016).
3. Nos thèmes de recherche
Evolution microbienne: épidémiologie moléculaire
- Evolution expérimentale (modèle murin) et KO sur des souches ancestrales de la tuberculose (M. canettii). Détermination des gènes de virulence, forces évolutives (r/μ), adaptations métaboliques impliquées dans l'émergence des bacilles tuberculeux épidémiques (ANR TBemerge 2016-2020).
- Histoire évolutive du clone russe W148 de M. tuberculosis
- Paysage adaptatif et spécialisation de niche du clone hospitalier multi-résistant NRCS-A de Staphylococcus capitis
Métagénomique environnementale
- Métagénomique évolutive des communautés microbiennes des archipels du Pacifique sud (diversité alpha et beta, espèces sentinelles, biogéographie, loi de Hubbell) - (Wirth, Suwalski)
Bases génétiques de l'adaptation
- Étude des phénomènes adaptatifs et de leur bases génétiques (de Villemereuil)
Inférences des paramètres démographiques et sélection
Stefano Mona développe de nouveaux outils en génétique des populations théorique afin de détecter des aires d'expansion et des signatures de sélection. Modèle biologique et applications empiriques: Origine et histoire évolutive de la faune ichtyologique de l'Indo-Pacifique. Endémisme des massifs coralliens: de l'île de Pâques aux Mascareignes. So old, so good: la génomique des requins (avec une emphase particulière sur Carcharhinus melanopterus) - (Mona)
Modifications phénotypiques face aux changement environnementaux - anthropisation
- Importance des processus adaptatifs versus neutres? Importance de la plasticité phénotypique versus modifications génétiques?
- Ecologie urbaine
- Modèle biologique: Stratégies de reproduction et diversité morphologique chez les fourmis - Doums
Dimension temporelle et spatiale de la spéciation. Patrons et processus de diversification
- Modèle biologique: Timing et mode de spéciation des coccinelles, rôle des patrons de couleur et des régimes alimentaires sur la diversification.
- Poursuite du développement d'outils grands publics afin d'améliorer les clefs d'identification des insectes. Valorisation des collections - ADN/phénotype - Nattier
4. Nos contrats au cours du quadriennal 2017-2020
ANR TB-Emerge (2017-2020)
Naissance d'un tueur: facteurs génétiques et adaptations métaboliques impliquées dans l'émergence des bacilles tuberculeux épidémiques. Partenaire task 6 (Thierry Wirth) - 600 k€
5. Les Grands programmes auxquels nous participons
LABEX CORAIL (PRES HESAM)
Directeur Serge Planes (EPHE), partenaires : CNRS, IRD, IFREMER, EHESS, U. Polynésie Française, U. Nouvelle Calédonie, U. Réunion.
GDRI Récifs coralliens
Groupe de recherche international du CNRS , directeur Serge Planes
6. Publications phares récentes (2015 - onward)
7. L’évaluation AERES sur notre équipe (2008) = A+