La découverte scientifique selon laquelle les virus se déplacent fréquemment et de manière inattendue d'une espèce à l'autre change notre compréhension de leur histoire évolutive et pourrait avoir des conséquences troublantes sous la forme de nouvelles maladies.
Lorsque de nouvelles espèces se forment, d'où viennent leurs virus? Les virus, qui ne sont guère plus qu'un troupeau de matériel génétique de pâturage libre, ont désespérément besoin des structures et des ressources cellulaires de leurs hôtes pour se reproduire encore et encore. Un virus sans hôte n'est rien.
En raison de cette dépendance, certains virus restent fidèles à leurs hôtes tout au long de l'évolution, mutant et changeant légèrement à chaque fois que l'hôte se transforme en une nouvelle espèce. Ce processus est appelé co-divergence. Les humains et les chimpanzés, par exemple, ont des virus de l'hépatite B légèrement différents, qui ont très probablement muté de la version qui a infecté l'ancêtre commun des humains et des singes il y a plus de quatre millions d'années.
Une autre option, appelée transition interspécifique, se produit lorsqu'un virus migre vers un type d'hôte complètement nouveau qui n'a rien à voir avec le précédent. Ce type d'évolution virale est associé à de nouvelles maladies graves telles que la grippe aviaire, le VIH, le virus Ebola et le SRAS. Et comme ces maladies sont extrêmement dangereuses, nous avons de la chance que la transition interspécifique soit un événement plutôt rare.
Cependant, récemment, lorsque des scientifiques australiens ont mené la première étude sur l'évolution à long terme de milliers de virus différents, ils sont arrivés à la conclusion surprenante que la transition interspécifique est beaucoup plus importante et se produit beaucoup plus souvent que nous ne l'imaginions. Le changement d'espèce est la force motrice de la plupart des néoplasmes évolutifs majeurs chez les virus. Pendant ce temps, la co-divergence est moins répandue que prévu et entraîne principalement des changements graduels.
«Ils ont montré de manière très convaincante que la co-divergence est l'exception plutôt que la règle», a déclaré le biologiste évolutionniste Pleuni Pennings, professeur adjoint à l'Université de San Francisco et non impliqué dans l'étude australienne.
Ces résultats ne signifient nullement que les nouvelles maladies résultant de la transition interspécifique constituent une menace plus grave et imminente que la médecine ne le suppose. Cependant, ils montrent que la dynamique évolutive des virus peut être étonnamment complexe. Si les scientifiques ont sous-estimé la fréquence de la transition des virus vers de nouveaux hôtes, alors dans ce cas, il devient une priorité très importante d'étudier les virus les plus sujets à cela.
Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles les sauts interspécifiques n'auront probablement pas un impact significatif sur l'évolution des virus. Les obstacles qui empêchent un virus de passer avec succès à un hôte d'une autre espèce sont très sérieux et redoutables. Si le virus est incapable de manipuler le matériel génétique de l'hôte et de se reproduire, alors c'est une impasse, la fin d'une branche. Le virus peut nécessiter de nombreuses tentatives pour infecter un nouvel hôte, qu'il fabrique depuis des décennies, voire plus, accumulant les mutations correspondantes à ce moment. Il fait cela jusqu'à ce qu'il s'affirme et commence à se multiplier et à se répandre.
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Le printemps dernier, par exemple, un groupe de biologistes et de chercheurs biomédicaux dirigé par Susan VandeWoude, professeur de médecine comparée à l'Université du Colorado, a donné un exemple de ce que l'on pourrait appeler une transition interspécifique incomplète. Vandewood fait des recherches sur les lentivirus. C'est le type de rétrovirus auquel appartient le VIH. Ses porteurs sont les couguars et les lynx rouges d'Amérique du Nord. La professeure, avec son équipe de recherche, a constamment trouvé un certain lentivirus du lynx rouge chez un couguar en Californie et en Floride. Mais à chaque fois, les données génétiques indiquaient que ce virus apparaissait à la suite du contact d'un couguar avec un lynx infecté, par exemple, lorsque le couguar mangeait un lynx, et non d'un autre couguar infecté qui le propageait. La concentration du virus dans les couguars était également faible, ce qui indique queque le virus est difficile à reproduire.
En bref, le virus est entré dans un nouvel hôte félin, mais l'organisme de l'hôte n'était pas très adapté au parasite et il ne pouvait pas s'y installer correctement. «Dans de nombreuses transitions, il n'y avait aucune preuve que le nouveau virus se multipliait chez les couguars», note Vandewood. (En revanche, l'équipe de Vandewood a découvert qu'une certaine forme du virus du lynx a migré vers les panthères de Floride, qui ont transmis la variante qu'elles avaient adaptée.) Étant donné que les transitions de lentivirus d'une espèce féline à une autre se produisent si souvent, il peut muter assez fortement avec le temps, après quoi le couguar deviendra un habitat convenable pour lui. Mais jusqu'à présent, cela ne s'est pas produit, bien qu'il y ait eu beaucoup de telles opportunités.
De plus, lorsque les virus passent avec succès d'une espèce à une autre, ils peuvent devenir victimes de leur propre succès. Cela s'applique principalement aux petites populations isolées (c'est ainsi que de nouvelles espèces sont nées). Les virus dangereux peuvent très rapidement détruire les hôtes disponibles, après quoi ils disparaissent d'eux-mêmes.
Pour cette raison, les virologues peuvent dire avec un degré élevé de confiance que même si des sauts interspécifiques sur une large période de temps se produisent fréquemment, la co-divergence des virus et de leurs hôtes peut être la norme. Mais il existe peu de preuves expérimentales pour étayer cette hypothèse. «La co-divergence idéale est l'un de ces phénomènes que vous pouvez découvrir. Mais si vous essayez de trouver de bons exemples de ce type de co-divergence, il s'avère qu'ils sont très, très rares », explique Pennings.
Le professeur de biologie de l'Université de Sydney, Edward Holmes, et ses collègues australiens ont décidé de résoudre ce mystère. À l'aide de données sur le génome viral, ils ont reconstitué l'histoire évolutive de 19 grandes familles virales, dont chacune contient de 23 à 142 virus qui habitent une variété d'hôtes, des mammifères aux poissons et aux plantes. Ils ont créé des schémas phylogénétiques (évolutionnaires) pour les familles de virus et pour leurs espèces hôtes, puis les ont comparés. Les scientifiques ont raisonné comme suit: si un virus co-détourne fondamentalement avec son hôte, évoluant avec lui, alors dans ce cas, le schéma phylogénétique du virus devrait être similaire à celui de son hôte, car les ancêtres du virus doivent avoir infecté les ancêtres de l'hôte. Mais si le virus saute d'hôte en hôte,les modèles d'évolution des hôtes et des virus seront différents. En quoi est-ce différent? Cela dépend du nombre de transitions interspécifiques.
Dans leurs travaux, publiés dans la revue PLOS Pathogens, ils ont rapporté que dans les 19 familles de virus, les transitions interspécifiques étaient répandues. Holmes a déclaré que ce n'était pas une surprise pour lui que chaque famille virale étudiée avait l'air de faire des sauts interspécifiques. Mais il a été surpris de la fréquence à laquelle ils ont fait de tels sauts tout au long de leur histoire. «Ils le font tous», a déclaré Holmes. "Et c'est quelque chose qui sort de l'ordinaire."
Se référant à la question de savoir pourquoi les scientifiques n'avaient pas réalisé auparavant à quel point les transitions interspécifiques sont importantes pour l'évolution du virus, Holmes a expliqué que dans le passé, les auteurs d'études phylogénétiques ont souvent considéré le problème de manière trop étroite, en étudiant un nombre plutôt restreint d'espèces hôtes et de virus, et en le faisant dans un court laps de temps. … Dans 10 ou 20 ans, il se peut que vous n'obteniez pas de saut interspécifique. «Et en un million d'années, cela s'est définitivement produit», a déclaré Holmes.
Son approche révolutionnaire «donne un aperçu de la relation à long terme entre les hôtes et les virus», a déclaré John Denn, professeur agrégé de biologie au Queens College, de l'étude.
L'observation par Holmes et ses collègues des virus à ARN (qui utilisent l'ARN comme matériel génétique) a aidé à comprendre comment et pourquoi les transitions interspécifiques se produisent. Ils ont conclu que ces virus se croisaient beaucoup plus fréquemment que les virus à ADN (qui utilisent de l'ADN). "Cela est probablement dû au fait qu'ils ont un taux de mutation plus élevé", a déclaré Vandewood. Avec une combinaison d'un génome plus petit et d'un taux de mutation plus élevé, le virus à ARN a de meilleures chances de s'adapter à l'environnement du nouvel hôte.
De plus, Holmes explique cette tendance par les différents cycles de vie des virus à ARN et à ADN. Les infections avec participation de virus à ARN sont souvent difficiles, mais elles sont de courte durée, c'est-à-dire que la maladie va et vient assez rapidement, comme c'est le cas avec la grippe ou le rhume. Cette éphémère conduit au fait que le virus peut rater l'occasion de faire partie de l'espèce hôte émergente. «Dans un virus dangereux, l'effet néfaste dure des jours ou des semaines», explique Holmes. «Et en moyenne, la co-divergence dans de tels cas est rare. C'est juste que le virus disparaît assez rapidement."
Mais les infections impliquant le virus à ADN sont souvent chroniques. Lorsqu'une partie de la population hôte dévie de sa forme habituelle pour créer une nouvelle espèce, il est plus probable qu'elle emporte le virus avec elle, car de nombreux autres hôtes sont infectés. Ainsi, la probabilité de co-divergence entre le virus et son nouvel hôte augmente.
Le mode de vie de l'hôte joue également un rôle dans la transition des virus et dans la co-divergence de ces sauts interspécifiques. «Nous savons que la taille et la densité de la population hôte sont très importantes, et ce facteur détermine le nombre de virus qu'elles transportent», déclare Holmes. Il cite les chauves-souris comme exemple. Les chauves-souris ont tendance à porter un grand nombre de virus différents, mais cela est en partie dû au fait qu'il y a un grand nombre de chauves-souris. Des populations aussi importantes sont plus susceptibles d'attraper le virus. «Il existe une règle écologique très simple: plus il y a d'hôtes, plus ils peuvent transporter de virus dangereux», note Holmes. "C'est juste que le virus a de meilleures chances de trouver un hôte vulnérable."
En 1975, Francis L. Black de l'Université de Yale a écrit un article de recherche qui a fourni une compréhension approfondie de la façon dont la dynamique de la population hôte affecte la maladie humaine. Après avoir étudié les communautés plutôt isolées et petites des aborigènes amazoniens, les scientifiques ont découvert que les infections virales chroniques chez ces personnes se produisent assez souvent, mais que les infections aiguës sont pour la plupart absentes. L'isolement protège ces tribus des nouveaux virus. Les quelques virus dangereux qui ont néanmoins pénétré dans les communautés autochtones ont rapidement disparu. Ils avaient peu d'hôtes pour survivre et les virus ont donc disparu assez rapidement.
La constatation que les transitions interspécifiques se produisent fréquemment peut être très préoccupante, car elles sont associées à de nouvelles maladies dangereuses. Dans le passé, il y avait de nombreux sauts et ils se produisaient fréquemment. Alors, qu'est-ce que l'avenir nous réserve - le même, mais en grande quantité?
Pas nécessaire. «Les statistiques des transitions interspécifiques du passé ne prédisent pas toujours avec précision le futur, en particulier en ce qui concerne les humains», déclare Pennings. Notre mode de vie aujourd'hui est également différent de la façon dont les gens vivaient il y a à peine quelques siècles, et le risque de contracter de nouvelles maladies semble donc différent pour nous.
Une personne est également porteuse d'un grand nombre de virus. Nos populations sont trop importantes et nous sommes incroyablement mobiles, ce qui signifie que nous transmettons assez facilement et simplement des virus à de nouveaux hôtes sensibles. «Nous faisons beaucoup de choses qui augmentent les chances de transmission de virus. Nous adorons mettre notre nez dans des endroits où nous ne devrions pas aller, nous prenons des risques trop souvent, nous mangeons ce que nous ne devrions pas manger », dit Vandewood. «Nous sommes probablement les pires contrevenants aux règles et, par conséquent, nous devenons le plus souvent l’objet de sauts interspécifiques - simplement parce que nous commettons parfois des actes insensés.»
De tels actes insensés conduisent souvent à des collisions avec d'autres espèces. Plus nous le faisons souvent, plus nous sommes exposés à de nouveaux virus. Les espèces avec lesquelles nous entrons en contact nous mettent le plus souvent en danger. «Nous sommes plus susceptibles d'être infectés par quelque chose de souris que de tigres», dit Pennings.
Cependant, des recherches plus poussées sur l'histoire de l'évolution des virus aideront les scientifiques à comprendre s'il existe des espèces auxquelles nous devrions accorder plus d'attention en tant que sources de nouvelles infections. (Les épidémiologistes surveillent déjà de près les virus transmis des volailles aux humains, car ils craignent la grippe aviaire.) Les virus des plantes, des poissons et des mammifères sont probablement tout aussi dangereux pour les humains. Il est également possible que dans le cadre de la recherche visant à prédire la prochaine épidémie, les scientifiques se concentrent sur quelques groupes à haut risque.
Holmes a un point de vue différent. «Je ne pense pas que les prévisions dans ce cas puissent être efficaces», dit-il. «Je comprends pourquoi cela est fait, mais le nombre de nouveaux virus que nous détectons est énorme, et par conséquent, les prévisions dans ce cas sont tout simplement inappropriées.»
Heureusement, ce genre d'analyse est devenu plus facile avec l'avènement et le développement de la métagénomique, comme l'appelle la branche de la génomique, qui étudie non pas le génome d'un organisme individuel, mais la totalité des informations génomiques obtenues à partir de l'environnement. Dans le cadre de ces recherches, Holmes et ses collègues sélectionnent des séquences génomiques à partir d'une variété de bases de données disponibles. Ils n'ont pas besoin d'échantillons physiques de virus, et c'est en soi une innovation dans le domaine de la recherche. «La virologie passe à une nouvelle étape où la métagénomique peut être utilisée pour échantillonner massivement pour voir ce qu'il y a», dit Holmes.
Il note également que de nouvelles informations sur les virus sont plus disponibles aujourd'hui et que, par conséquent, les schémas phylogénétiques créés par lui et ses collègues dans un proche avenir subiront des changements majeurs. «Dans trois ans, ces schémas seront beaucoup plus complets, car nous trouverons autant de nouveaux échantillons de ces virus», promet Holmes.
Mallory Locklear
