Heterogeneity within infections : the case of the vector-borne insect pathogen, Xenorhabdus nematophila | Hétérogénéité au sein d'une infection : le cas de Xenorhabdus nematophila, un pathogène d'insecte à transmission vectorielle

English. Numerous studies have considered infections as pairwise interactions between a single pathogen and its host, sometimes leading to an incomplete picture of infectious processes. In this work, we focused on more complex types of interactions that arise because infections are usually heterogeneous. More precisely, we have investigated two main issues: (I) how pathogen transmission is impacted by phenotypic heterogeneity which arises within the pathogen population during the infection, and (ii) how do pathogens interact with the bacterial community which is naturally associated to the host before infection? To assess these questions, we have been studying Xenorhabdus nematophila, an insect-killing bacterial pathogen which is transmitted by a nematode vector, Steinernema carpocapsae. One interesting feature of X. nematophila is that it produces different sub-populations during the course of an infection, each one having distinctive phenotypic features (e.g. one form produces antibiotics and is mobile, while the other does not produce antibiotics nor flagella). In this work, we first tried to identify the molecular mechanisms responsible for this diversification of phenotypes, and tested if phenotypic heterogeneity in X. nematophila has some adaptive value. We showed that some of these phenotypic forms were mutants, which seem to be under strong positive selection during infection. We also showed, however, that these mutants impair nematodes reproduction, which in turn reduces transmission. Therefore, the dynamics of phenotypic heterogeneity in X. nematophila seems to be determined by contradictory short-term and long-term selective pressures. A second interesting feature of X. nematophila is that it produces a lot of antimicrobial compounds which should allow it to dominate the bacterial community inside the insect it has killed. This can be key to ensure the re-association of X. nematophila with its nematode vector inside the insect cadaver. We investigated the bacterial composition of the microbial communities present in insects cadavers after infection by X. nematophila. We found that despite the numerous antibiotics it is able to secrete, X. nematophila is far from dominating microbial community after host death. It rather cohabits with microorganisms from the microbiota of both the insect host and the nematode vector. This raises numerous questions about the impact of these other microorganisms on Xenorhabdus-Steinernema interactions, and therefore on their potential influence on how this mutualistic association has evolved.

French. De nombreuses études ont jusqu'ici considéré les infections comme étant des interactions deux-à-deux, entre un hôte et un pathogène, minimisant ainsi la complexité du processus infectieux. En effet, les infections sont souvent très hétérogènes, menant à des interactions plus complexes. Au cours de ce travail, nous cherchons à répondre à deux questions: (i) La transmission d'un pathogène peut-elle être impactée lorsque de l'hétérogénéité phénotypique apparaît dans sa population au cours de l'infection ? (ii) Comment les pathogènes interagissent-ils avec la communauté bactérienne généralement associée à l'hôte avant l'infection ? Pour étudier ces questions, nous nous sommes intéressés à Xenorhabdus nematophila, une bactérie pathogène d'insectes transmise par un vecteur, le némaotde Steinernema carpocapsae. Au cours d'une infection par X. nematophila, différentes sous-populations ayant différentes caractéristiques phénotypiques sont produites. Nous avons cherché à déterminer les mécanismes moléculaires responsables de cette diversification phénotypique, ainsi que sa potentielle valeur adaptative pour X. nematophila. Nous avons montré que certaines de ces formes phénotypique sont des mutants qui semblent être sous forte sélection positive au cours de l'infection. À l'inverse, ces mutants ont un impact négatif sur la reproduction du vecteur nématode, ce qui réduit leur transmission. La dynamique d'hétérogénéité phénotypique chez X. nematophila semble donc déterminée par des pressions de sélections contraires à court terme et à long terme. La production de molécules anti-microbiennes chez X. nematophila devraient lui permettre de dominer la communauté bactérienne à l'intérieur de l'insecte et faciliter sa ré-association avec son vecteur. Nous avons donc décrit la composition de la communauté microbienne présente dans des insectes morts d'une infection par X. nematophila, et montré qu'en dépit de sa production d'antibiotiques, X. nematophila est loin de dominer la communauté microbienne après la mort de l'insecte. Elle cohabite avec des bactéries provenant à la fois du microbiote de l'hôte insecte, et de celui du vecteur nématode. Cela soulève de nombreuses questions sur le rôle d'autres microorganismes dans les interactions Xenorhabdus-Steinernema, et sur leur influence dans l'évolution de cette symbiose mututaliste.