Soutenance de thèse de MILLEVILLE Romane
Titre de thèse
Etude des interactions entre le microbiote et le comportement de l'hôte chez la drosophile
Study of the interactions between microbiota and host behavior in Drosophila
Résumé de la thèse
Cette thèse explore comment l'exposition microbienne précoce durant la vie larvaire façonne durablement la perception et la gestion des signaux bactériens chez l'adulte, en utilisant Drosophila melanogaster comme modèle. Les travaux s'articulent autour de trois axes principaux : l'organisation spatio‑temporelle des défenses intestinales larvaires, le « priming » gustatif du peptidoglycane (PGN) et le couplage entre détection gustative du PGN et hématopoïèse, complétés par l'étude de la polymodalité du canal TRPA1 dans la perception de composés microbiens et amers.
Dans un premier volet, nous montrons que l'intestin larvaire met en place un mécanisme qui confine des bactéries opportunistes dans un segment acide avant leur élimination. Ce confinement repose sur la coordination spatiale et temporelle de l'axe Duox/TrpA1/Dh31 et de la voie Imd ainsi que l'activation de structures musculaires spécialisées permettent de bloquer les pathogènes dans l'antérieur, tandis que les commensales colonisent le midgut postérieur.
Le deuxième volet démontre que la vie larvaire constitue une fenêtre critique de « mémoire microbienne » pour la perception adulte du PGN. Les adultes issus de larves axéniques ne rejettent plus le PGN dans des tests gustatifs, alors qu'ils conservent une aversion intacte pour la caféine, et cette sensibilité est restaurée spécifiquement par la cohabitation larvaire avec certaines bactéries pathogènes/pathobiontes, mais pas par des commensales. Nous identifions l'uracile bactérienne comme signal suffisant pour induire ce priming : l'uracile active Duox dans l'intestin larvaire, induit une production de ROS, puis est détectée par un neurone unique de l'organe terminal co‑exprimant Gr66a et l'isoforme TrpA1‑B. Ce module Duox‑ROS/TrpA1‑B/Gr66a convertit un déséquilibre microbien en une reprogrammation durable du circuit gustatif adulte, qui classera ensuite le PGN comme stimulus aversif.
Dans un troisième volet, nous montrons que la gustation du PGN par les neurones Gr66a ne module pas seulement le comportement, mais aussi l'hématopoïèse larvaire. L'activation de PGRP‑LC et de la voie Imd dans ces neurones augmente spécifiquement la différenciation des plasmatocytes dans la glande lymphatique et améliore la survie des adultes soumis à une infection bactérienne systémique, définissant une forme d'« immunité primée par le goût ». L'ablation des hémocytes abolit ce bénéfice, suggérant que les hémocytes produits au stade larvaire constituent un relais majeur entre expérience microbienne précoce et résistance adulte.
Enfin, la thèse examine la manière dont le PGN et d'autres composés aversifs sont intégrés au niveau du système gustatif adulte. Nous montrons que le PGN n'est pas intrinsèquement répulsif : à faibles concentrations, il active principalement des neurones amers Gr66a/ppk23 et supprime l'attraction pour le sucrose, alors qu'à forte concentration il recrute également des neurones sucrés Gr5a/Gr64 et devient attractif. Parallèlement, nous montrons que la diversité isoformique de TrpA1 confère une spécialisation fonctionnelle : certaines isoformes (notamment TrpA1‑E) sont nécessaires à l'aversion à la caféine et au sel au stade adulte, tandis que d'autres (TrpA1‑B/C/E) sont requises au stade larvaire pour le priming gustatif au PGN.
Ensemble, ces résultats dessinent un cadre unifié dans lequel la drosophile n'interprète pas les signaux microbiens comme des stimuli ponctuels, mais comme des informations intégrées au cours du développement, via l'intestin, les neurones gustatifs et les hémocytes. La vie larvaire apparaît ainsi comme une période clé d'anticipation microbienne, au cours de laquelle l'animal calibre à la fois sa valence gustative pour le PGN et la taille de son compartiment immunitaire, afin d'optimiser ses choix alimentaires et sa résistance aux infections à l'âge adulte.
Thesis resume
This thesis investigates how early microbial exposure during larval life durably shapes the perception and handling of bacterial signals in adults, using Drosophila melanogaster as a model. The work is organized around three main axes: the spatio‑temporal organization of larval intestinal defenses, the gustatory “priming” of bacterial peptidoglycan (PGN), and the coupling between PGN taste detection and hematopoiesis, complemented by the study of the polymodality of the TrpA1 channel in the perception of microbial and bitter compounds.
In the first part, we show that the larval intestine establishes an active “valve” mechanism in the anterior midgut that traps opportunistic bacteria in an acidic segment before their elimination. This confinement relies on the spatial and temporal coordination of the Duox/TrpA1/Dh31 axis and the Imd pathway: rapid production of reactive oxygen species (ROS) by Duox, their detection by enteroendocrine cells expressing TrpA1 and Dh31, and subsequent activation of specialized muscle structures together ensure that pathogens are blocked in the anterior gut, while commensals colonize the posterior midgut.
The second part demonstrates that larval life constitutes a critical window of “microbial memory” for adult PGN perception. Adults emerging from germ‑free larvae no longer reject PGN in gustatory assays, while maintaining a normal aversion to caffeine, and this sensitivity is restored specifically by larval cohabitation with certain pathogenic/pathobiont bacteria, but not with commensals. We identify bacterial uracil as a sufficient signal to induce this priming: uracil activates Duox in the larval intestine, triggers ROS production, and is then detected by a single neuron in the terminal organ co‑expressing Gr66a and the TrpA1‑B isoform. This Duox‑ROS/TrpA1‑B/Gr66a module converts a microbial imbalance into a lasting reprogramming of the adult gustatory circuit, which will subsequently classify PGN as an aversive stimulus.
In the third part, we show that PGN taste detection by Gr66a neurons modulates not only behavior but also larval hematopoiesis. Activation of PGRP‑LC and the Imd pathway in these neurons selectively increases plasmatocyte differentiation in the lymph gland and improves the survival of adults subjected to systemic bacterial infection, defining a form of “taste‑primed immunity”. Ablation of hemocytes abolishes this benefit, suggesting that hemocytes produced during larval life act as a major relay between early microbial experience and adult resistance.
Finally, the thesis examines how PGN and other aversive compounds are integrated within the adult gustatory system. We show that PGN is not intrinsically repulsive: at low concentrations it mainly activates bitter Gr66a/ppk23 neurons and suppresses attraction to sucrose, whereas at high concentrations it also recruits sweet Gr5a/Gr64 neurons and becomes attractive. In parallel, we show that isoform diversity of TrpA1 underlies functional specialization: some isoforms (notably TrpA1‑E) are required for aversion to caffeine and salt in adults, while others (TrpA1‑B/C/E) are required during larval life for PGN gustatory priming.
Taken together, these results outline a unified framework in which Drosophila does not interpret microbial signals as isolated stimuli, but as information integrated over development via the intestine, gustatory neurons, and hemocytes. Larval life thus emerges as a key period of microbial anticipation during which the animal calibrates both its gustatory valence for PGN and the size of its immune compartment, in order to optimize feeding decisions and resistance to infection in adulthood.