Epidémiologie évolutive <br />et dynamique de l’adaptation<br />Sylvain GANDON<br />CEFE, Montpellier<br />Modèles en écol...
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Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=8<br />Zone traitée<br />I0<br ...
Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=10<br />Zone traitée<br />I0<br...
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Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=9<br />Zone traitée<br />Zone n...
Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=8.5<br />Zone traitée<br />Zone...
Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=8<br />Zone traitée<br />Zone n...
Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=6<br />Zone traitée<br />Zone n...
Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=4<br />Zone traitée<br />Zone n...
Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=3<br />Zone traitée<br />Zone n...
Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=2<br />Zone traitée<br />Zone n...
Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=2<br />Zone traitée<br />Zone n...
Epidémiologie évolutive<br />1. Evolution de populations polymorphes<br />2. Pas d’hypothèsed’équilibreendémique (R0 pas t...
Dynamique de l’adaptation<br />?<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
Dynamique de l’adaptation<br />?<br />“The rate of increase in fitness of any organism at any time is equal to its genetic...
Dynamique de l’adaptation<br />“The rate of increase in fitness of any organism at any time is equal to its genetic varian...
Dynamique de l’adaptation<br />Sans évolution<br />Avec évolution<br />S<br />S<br />Extinction<br />I<br />I<br />Epidémi...
Dynamique de l’adaptation<br />G. Price (1972)<br />“Fisher’s “fundamental theorem” made clear”<br />Epidémiologie<br />Ev...
Dynamique de l’adaptation<br />Sans évolution<br />Avec évolution<br />S<br />S<br />Extinction<br />I<br />I<br />Epidémi...
Dynamique de l’adaptation<br />Fitness<br />rmax<br />Optimum<br />Phénotype<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adapta...
Dynamique de l’adaptation<br />rmax<br />Optimum<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
Maladaptation:<br />Dynamique de l’adaptation<br />Changement de l’environnement<br />Mutation<br />Dérive génétique<br />...
Dynamique de l’adaptation<br />Adaptation dans le temps et dans l’espace<br />Dans le temps:<br />Epidémiologie<br />Evolu...
Dynamique de l’adaptation<br />Adaptation dans le temps et dans l’espace<br />Dans le temps:<br />Bactéries<br />+<br />Ph...
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Dynamique de l’adaptation<br />Adaptation dans le temps et dans l’espace<br />Dans le temps:<br />rcontemporain<br />rfutu...
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Dynamique de l’adaptation<br />Adaptation dans le temps et dans l’espace<br />Dans le temps:<br />Course aux armements<br ...
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Quelques conclusions<br /><ul><li> Epidémiologie évolutive et écologie évolutive</li></ul>(démographie, évolution, coévolu...
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Sylvain Gandon - Epidémiologie évolutive

  1. 1. Epidémiologie évolutive <br />et dynamique de l’adaptation<br />Sylvain GANDON<br />CEFE, Montpellier<br />Modèles en écologie évolutive – 31 Mai 2010<br />
  2. 2. Plan<br />1- Epidémiologie<br />2- Evolution<br /> - modèle simple<br /> - environnement variable dans le temps<br /> - environnement variable dans l’espace<br />3- Adaptation<br />- dynamique dans le temps<br /> - dynamique spatiale <br />4- Quelques conclusion<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  3. 3. Epidémiologie<br />Ecologie et démographie des maladies infectieuses<br />b<br />Transmission<br />Infectés<br />I<br />Sains<br />S<br />Fécondité<br />l<br />Mortalité<br />Guérison<br />Mortalité + Virulence<br />g<br />d<br />d<br />a<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  4. 4. Epidémiologie<br />Ecologie et démographie des maladies infectieuses<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  5. 5. Epidémiologie<br />Ecologie et démographie des maladies infectieuses<br />Dans une population à l’équilibre sans parasites (S=S0):<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  6. 6. Epidémiologie<br />Ecologie et démographie des maladies infectieuses<br />Dans une population à l’équilibre sans parasites (S=S0):<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  7. 7. Epidémiologie<br />Ecologie et démographie des maladies infectieuses<br />Dans une population à l’équilibre sans parasites (S=S0):<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  8. 8. Epidémiologie<br />Ecologie et démographie des maladies infectieuses<br />Dans une population à l’équilibre sans parasites (S=S0):<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  9. 9. Epidémiologie<br />La vaccination<br />Vaccin<br />Hôte naïf<br />Hôte immunisé<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  10. 10. Epidémiologie<br />La vaccination<br />Vaccin<br />Hôte naïf<br />Hôte immunisé<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  11. 11. Epidémiologie<br />La vaccination<br />Eradication<br />Couverture de<br /> vaccination, p<br />Variole<br />avantvaccination<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  12. 12. Epidémiologie<br />- L’épidémiologie vise à décrire, prédire et gérer la dynamique des populations de parasites.<br />- Mais l’évolution peut influencer l’épidémiologie (H5N1, …)<br />- Comment prendre en compte l’évolution?<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  13. 13. Dynamique adaptative<br />Hypothèses simplificatrices:<br /> (1) L’apparition de mutations est un évènement rare.<br /> (2) Entre chaque apparition de mutation (et fixation, ou non)<br /> la dynamique écologique s’équilibre.<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  14. 14. Dynamique adaptative<br />Est-ce que le mutant peut envahir?<br />g<br />Infectés<br />I<br /> + <br /><br />Sains<br />S<br /><br />m<br />Infectés<br />Im<br /> + m<br />g<br /><br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  15. 15. Dynamique adaptative<br />Est-ce que le mutant peut envahir?<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  16. 16. Dynamique adaptative<br />Est-ce que le mutant peut envahir?<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  17. 17. Dynamique adaptative<br />Est-ce que le mutant peut envahir?<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  18. 18. Dynamique adaptative<br />Est-ce que le mutant peut envahir?<br />OUI si:<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  19. 19. Dynamique adaptative<br />Est-ce que le mutant peut envahir?<br />OUI si:<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  20. 20. Dynamique adaptative<br />Est-ce que le mutant peut envahir?<br />OUI si:<br />Fécondité<br />Durée de l’infection <br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  21. 21. Dynamique adaptative<br />Est-ce que le mutant peut envahir?<br />OUI si:<br />L’évolution maximise <br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  22. 22. Dynamique adaptative<br />Est-ce que le mutant peut envahir?<br />OUI si:<br />L’évolution maximise <br />L’évolution maximise <br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  23. 23. Dynamique adaptative<br />L’évolution maximise: <br />b(a)<br />a<br />a*<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  24. 24. Dynamique adaptative<br />Ce qu’on peut prédire:<br /> - La stratégie évolutivement stable du parasite.<br /> - L’effet, à long terme, d’une modification de l’environnement.<br />Ce qu’on ne peut pas prédire:<br /> - La vitesse d’évolution du parasite.<br /> - L’effet, à court terme, d’une modification de l’environnement.<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  25. 25. Epidémiologie évolutive<br />Epidémiologie:<br />Evolution des fréquences:<br />Fréquence de la souche i<br />Fitness moyenne:<br />Fitness de la souche i<br />Mutation<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  26. 26. Epidémiologie évolutive<br />Epidémiologie:<br />Evolution des phénotypes, :<br />Equation de Price<br />sélection<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  27. 27. Epidémiologie évolutive<br />Epidémiologie:<br />Evolution des phénotypes, :<br />Equation de Price<br />sélection<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  28. 28. Epidémiologie évolutive<br />Epidémiologie:<br />Evolution des phénotypes, :<br />Equation de Price<br />sélection<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  29. 29.
  30. 30. Epidémiologie évolutive<br />Epidémiologie:<br />Evolution des phénotypes, :<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  31. 31. Epidémiologie évolutive<br />Epidémiologie:<br />Evolution des phénotypes, :<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  32. 32. Epidémiologie évolutive<br />Epidémiologie:<br />Evolution des phénotypes, :<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  33. 33. Epidémiologie évolutive<br />Epidémiologie:<br />Evolution des phénotypes, :<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  34. 34. Epidémiologie évolutive<br />b<br />a<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  35. 35. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans le temps<br />Après vaccination<br />Avant<br />I<br />Epidémiologie:<br />Après vaccination<br />Avant vaccination<br />I2<br />I0<br />R0>R0<br />r0>r0<br />I1<br />I1<br />I1<br />I0<br />I2<br />I2<br />Evolution:<br />I0<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  36. 36. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Vaccin<br />imparfait<br />Hôte naïf<br />Hôte immunisé<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  37. 37. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />migration<br />sélection chez les<br />migrants venant de V<br />sélection <br />dans N<br />mutation<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  38. 38. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=0<br />Zone traitée<br />I0<br />Epidémiologie<br />I0<br />Zone non traitée<br />I0<br />Dispersion<br />s2<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  39. 39. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=2<br />Zone traitée<br />I0<br />Epidémiologie<br />I0<br />Zone non traitée<br />I0<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  40. 40. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=4<br />Zone traitée<br />I0<br />Epidémiologie<br />I0<br />Zone non traitée<br />I0<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  41. 41. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=6<br />Zone traitée<br />I0<br />Epidémiologie<br />I0<br />Zone non traitée<br />I0<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  42. 42. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=8<br />Zone traitée<br />I0<br />Epidémiologie<br />I0<br />Zone non traitée<br />I0<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  43. 43. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=10<br />Zone traitée<br />I0<br />Epidémiologie<br />I0<br />Zone non traitée<br />I0<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  44. 44. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=10<br />Zone traitée<br />Zone non traitée<br />I0<br />R0>R0<br />r0>r0<br />I<br />Epidémiologie<br /> +<br /> Evolution<br />I1<br />I1<br />I2<br />I2<br />I0<br />I0<br />I1<br />I2<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  45. 45. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=9<br />Zone traitée<br />Zone non traitée<br />I0<br />R0>R0<br />r0>r0<br />I<br />Epidémiologie<br /> +<br /> Evolution<br />I1<br />I1<br />I2<br />I2<br />I0<br />I0<br />I1<br />I2<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  46. 46. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=8.5<br />Zone traitée<br />Zone non traitée<br />I0<br />R0>R0<br />r0>r0<br />I<br />Epidémiologie<br /> +<br /> Evolution<br />I1<br />I1<br />I2<br />I2<br />I0<br />I0<br />I1<br />I2<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  47. 47. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=8<br />Zone traitée<br />Zone non traitée<br />I0<br />R0>R0<br />r0>r0<br />I<br />Epidémiologie<br /> +<br /> Evolution<br />I1<br />I1<br />I2<br />I2<br />I0<br />I0<br />I2<br />I1<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  48. 48. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=6<br />Zone traitée<br />Zone non traitée<br />I0<br />R0>R0<br />r0>r0<br />I<br />Epidémiologie<br /> +<br /> Evolution<br />I1<br />I1<br />I2<br />I2<br />I0<br />I0<br />I2<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  49. 49. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=4<br />Zone traitée<br />Zone non traitée<br />I0<br />R0>R0<br />r0>r0<br />I<br />I<br />Epidémiologie<br /> +<br /> Evolution<br />I1<br />I1<br />I2<br />I2<br />I0<br />I0<br />I2<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  50. 50. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=3<br />Zone traitée<br />Zone non traitée<br />I0<br />R0>R0<br />r0>r0<br />I<br />Epidémiologie<br /> +<br /> Evolution<br />I1<br />I1<br />I2<br />I2<br />I0<br />I0<br />I2<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  51. 51. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=2<br />Zone traitée<br />Zone non traitée<br />I0<br />R0>R0<br />r0>r0<br />I<br />Epidémiologie<br /> +<br /> Evolution<br />I1<br />I1<br />I2<br />I2<br />I0<br />I0<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  52. 52. Epidémiologie évolutive<br />Environnement variable dans l’espace<br />Zone traitée<br />A=2<br />Zone traitée<br />Zone non traitée<br />I0<br />R0>R0<br />r0>r0<br />I<br />Epidémiologie<br /> +<br /> Evolution<br />I1<br />I1<br />I2<br />I2<br />I0<br />I0<br />Taille critique de la zone traitée: <br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  53. 53. Epidémiologie évolutive<br />1. Evolution de populations polymorphes<br />2. Pas d’hypothèsed’équilibreendémique (R0 pas toujoursmaximisé)<br />3. Permet de suivre la dynamiqueépidémiologique et évolutive:<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  54. 54. Dynamique de l’adaptation<br />?<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  55. 55. Dynamique de l’adaptation<br />?<br />“The rate of increase in fitness of any organism at any time is equal to its genetic variance in fitness at that time.”<br />Théorème fondamental de la sélection naturelle.<br />R. Fisher (1930)<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  56. 56. Dynamique de l’adaptation<br />“The rate of increase in fitness of any organism at any time is equal to its genetic variance in fitness at that time.”<br />Théorème fondamental de la sélection naturelle.<br />R. Fisher (1930)<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  57. 57. Dynamique de l’adaptation<br />Sans évolution<br />Avec évolution<br />S<br />S<br />Extinction<br />I<br />I<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  58. 58. Dynamique de l’adaptation<br />G. Price (1972)<br />“Fisher’s “fundamental theorem” made clear”<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  59. 59. Dynamique de l’adaptation<br />Sans évolution<br />Avec évolution<br />S<br />S<br />Extinction<br />I<br />I<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  60. 60. Dynamique de l’adaptation<br />Fitness<br />rmax<br />Optimum<br />Phénotype<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  61. 61. Dynamique de l’adaptation<br />rmax<br />Optimum<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  62. 62. Maladaptation:<br />Dynamique de l’adaptation<br />Changement de l’environnement<br />Mutation<br />Dérive génétique<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  63. 63. Dynamique de l’adaptation<br />Adaptation dans le temps et dans l’espace<br />Dans le temps:<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  64. 64. Dynamique de l’adaptation<br />Adaptation dans le temps et dans l’espace<br />Dans le temps:<br />Bactéries<br />+<br />Phages<br />temps<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  65. 65. Dynamique de l’adaptation<br />Adaptation dans le temps et dans l’espace<br />Dans le temps:<br />Bactéries<br />+<br />Phages<br />temps<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  66. 66. Dynamique de l’adaptation<br />Adaptation dans le temps et dans l’espace<br />Dans le temps:<br />rcontemporain<br />rfutur<br />rpassé<br />Bactéries<br />+<br />Phages<br />temps<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  67. 67. Dynamique de l’adaptation<br />Adaptation dans le temps et dans l’espace<br />Dans le temps:<br />Decaestecker et al. 2007<br />Buckling & Rainey 2002<br />Infectivité moyenne des phages<br />Passé<br />Contemporain<br />Futur<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  68. 68. Dynamique de l’adaptation<br />Adaptation dans le temps et dans l’espace<br />Dans le temps:<br />Course aux armements<br />Reine rouge<br />Passé<br />Contemporain<br />Futur<br />Passé<br />Contemporain<br />Futur<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  69. 69. Dynamique de l’adaptation<br />Adaptation dans le temps et dans l’espace<br />Dans l’espace:<br />rsympatrique<br />rallopatrique<br />Bactéries<br />+<br />Phages<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  70. 70. Dynamique de l’adaptation<br />Adaptation dans le temps et dans l’espace<br />Dans l’espace:<br />Morgan et al. 2005<br />Théorie<br />Migration de la bactérie<br />Migration du phage<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Conclusions<br />
  71. 71. Quelques conclusions<br /><ul><li> Epidémiologie évolutive et écologie évolutive</li></ul>(démographie, évolution, coévolution, espace…)<br />- Une diversité de formalisme (DA, GQ, GP) pour une diversité de questions biologiques<br />- Changer de formalisme et changer de perspectives<br />- Pas toujours nécessaire de résoudre le modèle pour en tirer quelque chose<br />- Les covariances<br />Epidémiologie<br />Evolution<br />Adaptation<br />Perspectives<br />

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