Mots-Clés
Annotation
peptides anti-microbiens
insectes
IA
Description
Description du laboratoire d’accueil
Les recherches menées au laboratoire BF2I sont centrées sur la compréhension des fonctions gérant l’interaction d’insectes ravageurs d’importance agronomique (charançons et pucerons) avec leurs partenaires biologiques directs (plante hôte, bactéries symbiotiques). L’objectif finalisé de ces recherches est d’apporter des outils et de définir de nouveaux concepts pour une approche intégrée de la protection des plantes contre leurs insectes ravageurs. Nos résultats de recherche seront à la base du développement de pratiques agronomiques durables et respectueuses de la santé humaine et des agroécosystèmes.
Contexte scientifique
Les interactions entre les animaux et les micro-organismes sont omniprésentes dans la nature et ont un impact important sur la biodiversité et la santé des écosystèmes. Ces interactions sont façonnées en partie par le système immunitaire de l’hôte, qui réagit aux infections et contrôle les associations avec les micro-organismes bénéfiques. Chez de nombreux insectes ayant des régimes nutritionnels déséquilibrés, ces associations comprennent des microorganismes intestinaux et/ou des bactéries symbiotiques intracellulaires (endosymbiotes) qui complémentent leur alimentation en leur fournissant les nutriments essentiels.
L’une des questions centrales dans l’association entre une bactérie symbiotique et un organisme pluricellulaire est de comprendre comment la bactérie se maintient au sein de son hôte, et par conséquent comment celle-ci interagit avec le système immunitaire de l’hôte. En d’autres termes, comment le système immunitaire a-t–il été façonné au cours de l’évolution pour permettre à l’hôte de préserver son symbiote essentiel à sa physiologie, tout en le contrôlant et en continuant à assurer une fonction de défense contre les autres micro-organismes pathogènes ?
Contrairement aux vertébrés, les insectes ne possèdent pas d’immunité adaptative basée sur des anticorps et des cellules “mémoire”, mais ils disposent d’un système immunitaire inné qui se divise en deux composantes principales : l’immunité cellulaire et l’immunité humorale.
L’immunité cellulaire englobe des systèmes de défense cellulaire médiés par les hémocytes, tels que la phagocytose et l’encapsulation. L’immunité humorale, quant à elle, implique la production de molécules effectrices qui circulent dans l’hémolymphe, comme les peptides antimicrobiens (AMPs) qui protègent contre un large éventail d’agents infectieux.
Les peptides antimicrobiens sont des petits peptides cationiques et qui ont la capacité d’interagir avec les membranes bactériennes et de les déstabiliser, provoquant ainsi la lyse des bactéries. D’autres modes d’action de ces peptides incluent l’interaction avec des protéines bactériennes. Les peptides antimicrobiens sont sécrétés en abondance par le corps gras des insectes après une infection. Ils peuvent aussi être produits par certains tissus en réaction à une stimulation immunitaire, métabolique ou bien de façon constitutive.
L’intérêt de construire un répertoire exhaustif des AMPs chez des espèces d’insectes symbiotiques est de pouvoir ensuite étudier leurs fonctions potentielles dans la réponse immunitaire innée mais également leur fonction dans les mécanismes d’adaptation avec les micro-organismes bénéfiques. Cependant l’annotation automatique des AMPs est rendue difficile par :
leur faible taille car les algorithmes d’annotation de génomes ne considèrent généralement pas les petits cadres ouverts de lecture (ORFs)
leur vitesse d’évolution qui limite l’utilisation des approches basées sur la recherche de similarités.
L’enjeu du projet est donc de développer un pipeline d’annotation des peptides antimicrobiens à partir des génomes des trois modèles d’insectes des laboratoires partenaires :
1) Les charançons des céréales (Sitophilus spp.) sont des insectes ravageurs des cultures qui causent des pertes estimées à des centaines de millions de dollars dans le monde. Leur étude est donc cruciale pour des raisons économiques et écologiques pour répondre aux besoins d’une agriculture plus respectueuse de l’environnement, en fournissant des alternatives aux pesticides de synthèse (Laboratoire BF2i).
2) Les punaises de lit (Cimex lectularius) ont également des impacts significatifs dans les milieux urbains et environnementaux, en particulier dans les villes. En tant que parasites de plus en plus résistants, leur prolifération pose des défis pour la santé publique, la gestion des espaces urbains et la sécurité environnementale (Laboratoire LBBE).
3) Le moustique tigre Aedes albopictus est un insecte invasif dont l’expansion a des impacts notables sur l’eau, les villes et l’environnement. Tout l’enjeu est de contrôler son expansion tout en minimisant les impacts négatifs sur les écosystèmes urbains et naturels (Laboratoire LEM).
Chez ces trois modèles d’insectes, la compréhension des mécanismes de régulation et de contrôle de leur bactérie symbiotique par les peptides antimicrobiens représente donc un atout majeur pour élaborer à long terme des stratégies de prévention et de gestion des risques sanitaires et alimentaires.
Missions
Construction de profils HMM à partir des séquences d’AMPs déjà annotées dans la littérature
Recherche de peptides candidats à l’aide des profils HMM précédemment construits
Prédiction de la structure tridimensionnelle des peptides candidats à l’aide d’AlphaFold pour
la validation et la classification en familles
Ce projet bénéficiera de l’infrastructure de stockage et de calcul du PRABI, ainsi que du déploiement en cours d’AlphaFold sur le cloud de l’Institut Français de Bioinformatique (IFB).