Le système immunitaire sophistiqué (et surprenant) des moules

Les moules et autres bivalves disposent du nombre le plus grand et le plus diversifié de capteurs permettant de détecter les agents pathogènes de l’ensemble du règne animal. Ils agissent comme de véritables « alarmes » naturelles contre d’éventuelles infections.

Il s’agit du Récepteurs de péage (TLR, acronyme en anglais de récepteurs de type péage), composants essentiels du système immunitaire inné de presque tous les animaux.

Le nom vient de l’allemand sonnerce qui signifie incroyable ou fantastique. Il a été inventé par le biologiste Christiane Nusslein-Volhard dans les années 1980 lors de la découverte d’un gène clé dans le développement embryonnaire de la mouche Drosophile melanogaster. Plus tard, Jules Hoffmann ont découvert que ce gène était également crucial pour la défense immunitaire de la mouche. Lorsque des protéines similaires responsables de la reconnaissance des agents pathogènes ont été identifiées chez les mammifères, elles ont été appelées Récepteurs de type péage en raison de sa similitude avec le gène Toll.

Les invertébrés se défendent contre les infections

La découverte de Hoffmann a marqué une étape importante dans la biologie. Il a rompu avec l’idée traditionnelle selon laquelle les invertébrés étaient dépourvus de mécanismes immunitaires avancés. En reconnaissance de ce travail pionnier, Hoffmann a reçu le prix Nobel de physiologie ou médecine en 2011, partagé avec Bruce Beutlerqui a découvert le rôle des TLR dans l’immunité innée des mammifères.

Leurs découvertes ont ouvert une nouvelle ère dans l’étude de l’immunologie, révélant que les mécanismes de défense fondamentaux contre les agents pathogènes sont profondément conservés dans le règne animal.

Arsenal défensif des bivalves

Chez les vertébrés, dont l’humain, le système immunitaire pourrait être regroupé en deux : le système immunitaire inné et le système adaptatif, qui sont constamment en communication. La réponse innée – qui inclut les TLR – est une réponse rapide mais non spécifique, tandis que la réponse adaptative est plus spécialisée et produit des anticorps spécifiques pour chaque agent pathogène.

Les récepteurs TLR sont présents chez la plupart des métazoaires (animaux multicellulaires) et jouent un rôle crucial dans l’immunité. Son rôle est d’identifier les agents pathogènes – tels que les bactéries ou les virus – et de déclencher la réponse immunitaire de l’organisme pour combattre l’infection. Cependant, tous les animaux ne disposent pas du même arsenal.

Les bivalves, comme les moules – qui dépendent uniquement de leur système immunitaire inné et ne génèrent pas d’anticorps – possèdent environ 260 gènes TLR. Plus que toute autre espèce animale. Cela leur permet de reconnaître un grand nombre d’agents pathogènes. En comparaison, les humains possèdent 10 TLR – mais, en échange, nous disposons d’anticorps et d’autres outils immunitaires spécifiques.

Cette différence est très frappante. Surtout quand on les compare avec d’autres invertébrés qui partagent le même écosystème et la même exposition aux infections potentielles. Les oursins possèdent bon nombre de ces gènes, mais en nombre beaucoup plus restreint.

Voici quelques-unes des conclusions obtenues par notre groupe d’immunologie et de génomique, du Marine Research Institute-CSIC, et publiées en 2023 dans un étude dans Biologie moléculaire et évolution sur l’évolution des gènes TLR chez 85 espèces du règne animal.

Une diversité génétique surprenante

Chez d’autres animaux, y compris de nombreux invertébrés tels que les insectes, les gènes TLR sont concentrés dans un seul groupe évolutif ou clade. Cependant, chez les moules, leurs 260 gènes TLR sont répartis dans trois clades principaux. Cela montre un niveau de diversité sans précédent dans le règne animal.

De plus, lorsqu’on compare les moules avec d’autres espèces métazoaires, comme cnidaires (un groupe qui comprend les méduses et les coraux), ces animaux ont beaucoup moins de TLR. Cela place les bivalves dans une position évolutive unique.

Moules contre vertébrés

Chez les vertébrés, le système immunitaire adaptatif leur permet de créer des anticorps spécifiques pour combattre des agents pathogènes spécifiques. Cela leur confère une résistance spécifique à long terme. Mais les bivalves, qui n’ont pas cette capacité, ont développé une réponse immunitaire innée incroyablement diversifiée. Cela leur permet de réagir rapidement et efficacement à un large éventail de menaces, affichant une stratégie évolutive impressionnante.

Ce fait est crucial puisque les moules et autres bivalves vivent dans des milieux marins où ils filtrent continuellement une eau chargée de micro-organismes, notamment d’agents pathogènes. On estime que dans un seul millilitre d’eau de mer, on trouve environ 10 millions de virus et 1 million de bactéries. Tous ces micro-organismes ne sont pas nocifs, mais beaucoup le sont.

Selon nos découvertes, cette diversité de capteurs TLR ne réside pas seulement en nombre, mais aussi en fonctionnalités : ils sont spécialement conçus pour reconnaître différents types de virus, bactéries et protozoaires.

Pangenome, idéal pour la protection de groupe

Et découverte complémentaire menée par notre équipe de chercheurs en 2020 a révélé quelque chose de tout aussi fascinant : le génome de la moule est un pangénome ouvert. Cela signifie que de nouveaux gènes continuent d’être découverts à mesure que davantage d’individus de l’espèce sont séquencés.

Par conséquent, la diversité génétique n’est pas encore entièrement connue et chaque nouvel échantillon peut ajouter davantage de gènes uniques au génome de l’espèce. Dans un pangénome fermé (comme celui de l’humain), tous les gènes possibles d’une espèce sont déjà connus et aucun nouveau n’est attendu.

Contrairement aux vertébrés, où la variabilité entre les génomes individuels est relativement faible, chez les moules, il a été observé qu’un pourcentage élevé de gènes, notamment ceux liés à l’immunité, varient entre les individus.

Cela signifie que différents individus d’une colonie peuvent avoir des défenses immunitaires différentes, permettant à la colonie dans son ensemble d’être plus résistante aux changements environnementaux et aux agents pathogènes.

Chez les animaux dotés d’un système immunitaire adaptatif, comme les humains, la variabilité entre individus n’est pas si cruciale, puisque la production d’anticorps spécifiques s’adapte aux pathogènes qu’ils rencontrent. Cependant, chez les bivalves, cette diversité génétique est essentielle pour que l’espèce puisse prospérer dans des environnements marins aussi diversifiés et difficiles.

Cette unicité génétique les rend non seulement plus résistants aux pathogènes marins, mais ouvre également de nouvelles questions sur l’évolution de l’immunité chez différentes espèces animales. Les bivalves, dotés d’un système immunitaire inné très sophistiqué, démontrent qu’il existe de multiples façons de survivre dans un monde rempli de menaces microbiennes.