Projet ANR-10-BLAN-1724 – COOPINFO : Evolution expérimentale de la coopération et du transfert d’information
Programme : Sciences de la vie, de la santé et des écosystèmes :  Biodiversité, évolution des écosystèmes, écosystèmes productifs, agronomie (Blanc SVSE 7) 2010
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur François TADDEI (INSTITUT NATIONAL DE LA SANTE ET DE LA RECHERCHE MEDICALE - DELEGATION DE PARIS V)
Partenaires : Robustesse et Evolvabilite de la Vie
Montant : 580000.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 48 mois
Résumé : L'émergence et le maintien de la coopération peuvent paraître étranges dans une nature où seule compte la “survie du plus apte”. Pourtant les exemples de coopération ne manquent pas, de la pluricellularité au partage des ressources en passant par le quorum-sensing ou la virulence de certaines bactéries.
Cependant aujourd'hui, après nombre de travaux théoriques et quelques études expérimentales, nous ne savons toujours par ce qui empêche les tricheurs -qui bénéficient de la coopération sans en payer le coût- d'envahir les populations de coopérateurs. Les théories dominantes comme la réputation, la sélection de parentèle, la réciprocité ou les “barbes vertes” ont permis d'obtenir des résultats prometteurs mais restent difficiles à tester, même au sein des communautés microbiennes qui constituent jusqu'à aujourd'hui le meilleur système expérimental pour étudier ces questions.
Dans ce projet, nous proposons de tester une nouvelle théorie élaborée sur la base de deux faits marquants : 1) les mécanismes de coopération sont souvent basés sur la sécrétion de biens publics, 2) les gènes codant pour  la synthèse de ces biens publics sont préférentiellement situés sur des éléments génétiques mobiles.
Nous pensons donc que les plasmides bactériens, en transportant des gènes de bien public, peuvent favoriser la coopération en transformant les tricheurs en coopérateurs. Réciproquement, si la coopération est essentielle pour survivre dans un environnement, elle peut favoriser les mécanismes de conjugaison. Afin de tester ce lien entre la coopération le transfert d'informations, nous combinerons deux puissantes techniques d'investigation : l'évolution expérimentale et l'évolution digitale. L'évolution expérimentale est une approche qui prend de plus en plus d'ampleur. Cependant, telle qu'elle est pratiquée aujourd'hui, elle reste très coûteuse en temps et en énergie et assez limitée dans ses applications principalement en raison du faible nombre de conditions testables et du temps nécessaire pour sélectionner certains traits.
Afin de d'améliorer encore cette méthodologie, nous proposons de développer un nouvel outil de recherche, que nous avons baptisé Evolution et Compétition Assistées par Robotique (RACE). Cette technique utilise un bras robotisé très polyvalent pour effectuer la plupart des manipulation répétitives du travail de paillasse classique, ce qui permet de démultiplier la capacité de traitement des expériences d'évolution expérimentale et d'en augmenter considérablement les durées. Nous ferons largement appel à la biologie synthétique pour construire et diversifier des système moléculaire de coopération, que nous ferons ensuite évoluer grâce à cet outil.
De la même manière, nous utiliserons Aevol, une plate-forme de simulation de pointe, pour étudier des modèles d'évolution. Grâce à elle, nous serons en mesure de faire évoluer des milliers de populations de créatures digitales et d'examiner des milliards de programmes qui se reproduisent, mutent, et entrent en compétition les uns avec les autres. Les créatures peuplant Aevol ont été conçues pour ressembler à des bactéries, mais elles sont plutôt à considérer comme une autre forme de vie, évoluant au coeur même d'un ordinateur.
Nous conduirons donc en parallèle les expériences in silico et in vivo, puis nous comparerons les résultats aux prédictions théoriques afin de mieux appréhender les raisons pour lesquelles la coopération est si répandue en dépit de son apparente instabilité évolutive.
Au cours de la dernière décennie, la biologie systémique d'E. coli et la complexité des organismes digitaux  sont arrivées à un tel stade de maturité que nous pouvons désormais combler le fossé entre ces deux approches. Mais le potentiel issu de l'association du RACE et de Aevol va bien au-delà de ces questions : une fois développée, elle constituera une boîte à outils adaptable bon nombre de questions d'écologie et d'évolution.