Sylvain Gandon - Epidémiologie évolutive

Epidémiologie évolutive et dynamique de l’adaptation Sylvain GANDON CEFE, Montpellier Modèles en écologie évolutive – 31 Mai 2010

Plan 1- Epidémiologie 2- Evolution - modèle simple - environnement variable dans le temps - environnement variable dans l’espace 3- Adaptation - dynamique dans le temps - dynamique spatiale 4- Quelques conclusion Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie Ecologie et démographie des maladies infectieuses b Transmission Infectés I Sains S Fécondité l Mortalité Guérison Mortalité + Virulence g d d a Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie Ecologie et démographie des maladies infectieuses Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie Ecologie et démographie des maladies infectieuses Dans une population à l’équilibre sans parasites (S=S0): Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie La vaccination Vaccin Hôte naïf Hôte immunisé Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie La vaccination Eradication Couverture de vaccination, p Variole avantvaccination Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie - L’épidémiologie vise à décrire, prédire et gérer la dynamique des populations de parasites. - Mais l’évolution peut influencer l’épidémiologie (H5N1, …) - Comment prendre en compte l’évolution? Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique adaptative Hypothèses simplificatrices: (1) L’apparition de mutations est un évènement rare. (2) Entre chaque apparition de mutation (et fixation, ou non) la dynamique écologique s’équilibre. Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique adaptative Est-ce que le mutant peut envahir? g Infectés I  +   Sains S  m Infectés Im  + m g  Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique adaptative Est-ce que le mutant peut envahir? Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique adaptative Est-ce que le mutant peut envahir? OUI si: Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique adaptative Est-ce que le mutant peut envahir? OUI si: Fécondité Durée de l’infection Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique adaptative Est-ce que le mutant peut envahir? OUI si: L’évolution maximise Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique adaptative Est-ce que le mutant peut envahir? OUI si: L’évolution maximise L’évolution maximise Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique adaptative L’évolution maximise: b(a) a a* Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique adaptative Ce qu’on peut prédire: - La stratégie évolutivement stable du parasite. - L’effet, à long terme, d’une modification de l’environnement. Ce qu’on ne peut pas prédire: - La vitesse d’évolution du parasite. - L’effet, à court terme, d’une modification de l’environnement. Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie évolutive Epidémiologie: Evolution des fréquences: Fréquence de la souche i Fitness moyenne: Fitness de la souche i Mutation Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie évolutive Epidémiologie: Evolution des phénotypes, : Equation de Price sélection Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie évolutive Epidémiologie: Evolution des phénotypes, : Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie évolutive b a Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie évolutive Environnement variable dans le temps Après vaccination Avant I Epidémiologie: Après vaccination Avant vaccination I2 I0 R0>R0 r0>r0 I1 I1 I1 I0 I2 I2 Evolution: I0 Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie évolutive Environnement variable dans l’espace Vaccin imparfait Hôte naïf Hôte immunisé Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie évolutive Environnement variable dans l’espace migration sélection chez les migrants venant de V sélection dans N mutation Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie évolutive Environnement variable dans l’espace Zone traitée A=0 Zone traitée I0 Epidémiologie I0 Zone non traitée I0 Dispersion s2 Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie évolutive Environnement variable dans l’espace Zone traitée A=2 Zone traitée I0 Epidémiologie I0 Zone non traitée I0 Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie évolutive Environnement variable dans l’espace Zone traitée A=10 Zone traitée Zone non traitée I0 R0>R0 r0>r0 I Epidémiologie + Evolution I1 I1 I2 I2 I0 I0 I1 I2 Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie évolutive Environnement variable dans l’espace Zone traitée A=8.5 Zone traitée Zone non traitée I0 R0>R0 r0>r0 I Epidémiologie + Evolution I1 I1 I2 I2 I0 I0 I1 I2 Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie évolutive Environnement variable dans l’espace Zone traitée A=6 Zone traitée Zone non traitée I0 R0>R0 r0>r0 I Epidémiologie + Evolution I1 I1 I2 I2 I0 I0 I2 Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie évolutive Environnement variable dans l’espace Zone traitée A=4 Zone traitée Zone non traitée I0 R0>R0 r0>r0 I I Epidémiologie + Evolution I1 I1 I2 I2 I0 I0 I2 Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie évolutive Environnement variable dans l’espace Zone traitée A=3 Zone traitée Zone non traitée I0 R0>R0 r0>r0 I Epidémiologie + Evolution I1 I1 I2 I2 I0 I0 I2 Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie évolutive Environnement variable dans l’espace Zone traitée A=2 Zone traitée Zone non traitée I0 R0>R0 r0>r0 I Epidémiologie + Evolution I1 I1 I2 I2 I0 I0 Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie évolutive Environnement variable dans l’espace Zone traitée A=2 Zone traitée Zone non traitée I0 R0>R0 r0>r0 I Epidémiologie + Evolution I1 I1 I2 I2 I0 I0 Taille critique de la zone traitée: Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Epidémiologie évolutive 1. Evolution de populations polymorphes 2. Pas d’hypothèsed’équilibreendémique (R0 pas toujoursmaximisé) 3. Permet de suivre la dynamiqueépidémiologique et évolutive: Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique de l’adaptation ? Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique de l’adaptation ? “The rate of increase in fitness of any organism at any time is equal to its genetic variance in fitness at that time.” Théorème fondamental de la sélection naturelle. R. Fisher (1930) Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique de l’adaptation “The rate of increase in fitness of any organism at any time is equal to its genetic variance in fitness at that time.” Théorème fondamental de la sélection naturelle. R. Fisher (1930) Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique de l’adaptation Sans évolution Avec évolution S S Extinction I I Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique de l’adaptation G. Price (1972) “Fisher’s “fundamental theorem” made clear” Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique de l’adaptation Fitness rmax Optimum Phénotype Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique de l’adaptation rmax Optimum Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Maladaptation: Dynamique de l’adaptation Changement de l’environnement Mutation Dérive génétique Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique de l’adaptation Adaptation dans le temps et dans l’espace Dans le temps: Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique de l’adaptation Adaptation dans le temps et dans l’espace Dans le temps: Bactéries + Phages temps Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique de l’adaptation Adaptation dans le temps et dans l’espace Dans le temps: rcontemporain rfutur rpassé Bactéries + Phages temps Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique de l’adaptation Adaptation dans le temps et dans l’espace Dans le temps: Decaestecker et al. 2007 Buckling & Rainey 2002 Infectivité moyenne des phages Passé Contemporain Futur Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique de l’adaptation Adaptation dans le temps et dans l’espace Dans le temps: Course aux armements Reine rouge Passé Contemporain Futur Passé Contemporain Futur Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique de l’adaptation Adaptation dans le temps et dans l’espace Dans l’espace: rsympatrique rallopatrique Bactéries + Phages Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Dynamique de l’adaptation Adaptation dans le temps et dans l’espace Dans l’espace: Morgan et al. 2005 Théorie Migration de la bactérie Migration du phage Epidémiologie Evolution Adaptation Conclusions

Quelques conclusions ,[object Object],(démographie, évolution, coévolution, espace…) - Une diversité de formalisme (DA, GQ, GP) pour une diversité de questions biologiques - Changer de formalisme et changer de perspectives - Pas toujours nécessaire de résoudre le modèle pour en tirer quelque chose - Les covariances Epidémiologie Evolution Adaptation Perspectives

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