L’étude des virus : tout un monde de perspectives et de recherches

Les découvertes progressives en biologie sur les nombreuses formes de virus et la mise au jour récente de formes géantes bousculent notre représentation du vivant et mettent en avant le danger potentiel du dégel du pergélisol.
*Dimitri Fitsios est doctorant en biologie.




Découverte des virus
L’histoire de la virologie moderne pourrait remonter à 1892, lorsque Dimitri Ivanovski, célèbre biologiste et botaniste russe, met en évidence la présence d’agents pathogènes dans la sève de plants de tabac passés dans un filtre de Chamberland (agents d’une taille d’un dixième de micromètre [0,1 µm]). La présence d’agents microbiologiques infectieux dans un filtrat supposé libre de tout micro-organisme laisse donc supposer la découverte d’une forme de microbe jusqu’alors inconnue. C’est le Néerlandais Martinus Beijerinck qui utilise le premier le terme latin de virus, qui signifie « poison », pour nommer cet agent infectieux contagieux. Il faut attendre 1935 et les travaux de Wendell M. Stanley pour comprendre la structure de cet agent pathogène baptisé « virus de la mosaïque du tabac ». Stanley réussit à « cristalliser » ce microbe à partir de ses composants (protéine et acide nucléique), permettant ainsi de réaliser la première caractérisation d’une protéine virale. Les avancées techniques de la microscopie permettent également de voir, quatre ans plus tard, les premières images, par microscopie électronique, du virus de la mosaïque du tabac. Grâce aux progrès techniques de la science, soixante et un ans après la mise en évidence du premier virus, le généticien français André Lwoff énonce les cinq caractères fondamentaux faisant des virus des entités originales :
– le virion (particule virale) ne possède qu’un seul type d’acide nucléique (ou ARN ou ADN) pour coder son information génétique ;
– le virion se reproduit uniquement à partir de son matériel génétique, par réplication de son génome (pas de mitose, pas de scissiparité) ;
– les virus sont obligatoirement des parasites intracellulaires ; ils ne peuvent se reproduire qu’à l’intérieur d’une cellule vivante du fait qu’ils ne possèdent pas de système énergétique ou enzymatique leur permettant d’assurer leur auto-réplication ;
– le virion présente une structure particulaire (cristallisation possible) définie (icosaédrique, tubulaire…) ;
– la taille du virion n’entre pas en considération, car il est capable de passer au travers du filtre de Chamberland.


Avancée des recherches liées au domaine médical
C’est à travers le prisme de cette définition que la virologie moderne fonde l’ensemble de ses recherches. Ainsi,les fractions virales ultrafiltrées sont systématiquement criblées pour la recherche de nouveaux virus. Entre autres, nous pouvons noter en 1983 la découverte par l’équipe de Luc Montagnier du VIH1, agent responsable du sida, ou bien, en 1977, la déclaration officielle de l’OMS annonçant l’éradication de la variole (causée par un poxvirus) du fait d’une longue campagne de vaccination au niveau mondial. En 1992, après une épidémie de pneumonie dans l’hôpital de Bradford, en Grande-Bretagne,Timothy J. Rowbotham recherche les bactéries Legionella pneumophila, responsables de cas de pneumonie. Ses recherches se dirigent vers des amibes (protozoaires unicellulaires possédant un noyau) du genre Acanthamoeba, qui colonisent régulièrement les circuits d’aération des hôpitaux et sont les hôtes privilégiés des bactéries causant des pneumonies. Rowbotham découvre alors une amibe parasitée par de grosses particules rondes d’environ 500 nm (soit 0,000 5 mm ou 0,5 µm), sans être capable pour autant de caractériser ces parasites intracellulaires. Durant vingt ans, il interprète ses observations comme la découverte d’un nouveau type bactérien, « Bradford coccus », difficilement cultivable. C’est en 2003 que la nature virale de Bradford coccus a été révélée. En effet, les observations au microscope électronique permettent de mettre en évidence une particule virale icosaédrique de 500 nm de diamètre, soit trois fois plus grande que le plus grand virus connu alors ! La taille extraordinaire de ce virus, baptisé alors Mimivirus (pour mimicking microbe virus), brise un dogme centenaire : il existe des virus qui ne passent pas le filtre historique de Chamberland et sa taille de 200 nm. C’est ainsi que s’ouvre, en 2003, un nouveau pan de la virologie jusqu’alors complètement masqué, celui des « virus géants ». Suit alors la découverte de trois nouvelles familles de virus géants, tous capables d’infecter des amibes et plus impressionnants les uns que les autres :
– Pandoravirus, d’une taille de 1 000 nm et dont l’analyse du génome par des outils bio-informatiques permet d’affirmer qu’il n’exprime pas moins de 900 gènes qui ne ressemblent à rien de connu aujourd’hui ! À titre de comparaison, le virus du sida, lui, n’en code que 9.
– Pithovirus, découvert dans un échantillon de sol gelé en Sibérie vieux de 30 000 ans. Sa taille colossale de 1 500 nm (1,5 µm) fait de lui le plus grand virus connu à ce jour.
– Mollivirus, d’une taille plus proche de Mimivirus, 600 nm, a lui aussi été découvert en Sibérie dans un échantillon de sol gelé âgé de 30 000 ans.
Plusieurs théories sont en concurrence pour expliquer l’origine des virus géants. Ces virus pourraient constituer une quatrième branche éteinte du vivant, avec les bactéries, les archées et les cellules nucléées, les eucaryotes, dont nous faisons partie. Cette théorie repose sur un puissant argument, celui selon lequel ces virus ont un génome codant en grande partie pour des protéines ne ressemblant à rien de connu. Ainsi, on peut supposer que ces virus, si différents entre eux dans leur composition en gènes mais partageant tout de même quelques protéines homologues (celles de la capside, par exemple), dérivent d’un ancêtre antérieur à l’ancêtre commun des espèces vivantes d’aujourd’hui. Chantal Abergel et Jean-Michel Claverie, du laboratoire Information génomique et structurale, à Marseille, proposent le schéma suivant : un virus à ADN aurait pu être capturé par une cellule ancestrale n’ayant pas de noyau (donc avant l’apparition des bactéries, des archées et des eucaryotes), devenant ainsi la première cellule nucléée à ADN. Par la suite, ce protonoyau aurait pu retourner à un état viral, redonnant au virus sa caractéristique de parasite. La découverte des virus géants remet donc en cause notre vision de l’histoire de la vie. Ces derniers seraient, en quelque sorte, un témoignage de la vie passée. La récente découverte au Gabon de fossiles dans des roches vieilles de 2,1 milliards d’années repousse ainsi l’apparition de la vie 1,5 milliard d’années plus tôt que ce que l’état des connaissances avait permis d’établir. Ces découvertes laissent donc supposer que l’apparition de la vie sur Terre a été ponctuée de nombreuses étapes encore grandement inconnues.


Les virus géants, un enjeu de taille
Le pergélisol, normalement gelé en permanence, subit de plein fouet le réchauffement climatique. Avec une augmentation de 0,3 °C en moyenne de la température annuelle en Arctique, le monde scientifique lance une alerte. Stockant 1 700 milliards de tonnes de carbone, soit environ le double de la quantité de dioxyde de carbone (CO2) déjà présent dans l’atmosphère, mais aussi du méthane et une grande quantité de mercure, la fonte du pergélisol est une bombe à retardement très puissante. En plus de libérer des gaz à effet de serre en grande quantité, la fonte des sols gelés entraîne de graves problèmes géologiques. Les sols, devenant meubles, s’effondrent, générant des affaissements de terrain gigantesques et mettant en péril les fondations des bâtiments, comme à Iakoutsk, en Sibérie. Au risque physico-chimique, nous devons ajouter le risque microbiologique. En effet, fin 2015 ce sont 2 300 rennes et un jeune garçon qui ont succombé à une infection pulmonaire dans la péninsule de Iamal, en Russie. Le responsable ? Bacillus anthracis, une bactérie allongée, un bacille, produisant diverses toxines capables de générer escarres, septicémie et infection des voies respiratoires. En l’absence de conditions favorables à leur croissance, les bactéries du genre Bacillus sont capables de rentrer dans une forme dite « dormante ». Ces bactéries sous forme dormante sont appelées spores. La robustesse de leur paroi, la faible teneur en eau du milieu et une dépense d’énergie minimale confèrent aux spores des caractéristiques remarquables de résistance : elles peuvent survivre pendant des centaines d’années.Ainsi, dans la péninsule de Iamal, c’est une spore de Bacillus anthracis libérée par la fonte du pergélisol et retournée à sa forme végétative qui est à l’origine de cette crise sanitaire. La découverte de Pithovirus et Mollivirus dans des échantillons de sols anciens gelés en Sibérie a alerté la communauté scientifique sur un second risque microbiologique, celui du retour de virus anciens infectieux. Comme l’ensemble des virus géants, Pithovirus et Mollivirus ont leur matériel génétique sous forme d’ADN, bien que les virus géants ne soient, a priori, pas pathogènes pour l’être humain, il n’est pas à exclure que d’autres virus à ADN soient capables de refaire surface. C’est le cas, par exemple, du virus de la variole. Une série de quatre momies datant du XVIIe siècle ont été découvertes en Iakoutie, Sibérie; l’analyse génétique de ces momies a permis d’affirmer que ces individus avaient été en contact avec un clone ancestral de la variole. La découverte des virus géants apporte donc deux messages :
– sur le plan épistémologique, il est important de se rappeler que la découverte d’un potentiel quatrième domaine du vivant avait été rendue impossible par une définition arbitraire de la notion de virus. Mimivirus est donc une découverte paradigmique, conduite par une recherche fondamentale qui laisse la place au questionnement et à l’appréciation de la validité des critères préétablis, parmi lesquels la classification du vivant en trois domaines.
– concernant la sonnette d’alarme tirée lors de la découverte de Pithovirus et Mollivirus, qu’adviendra-t-il lorsque l’on commencera à exploiter industriellement toutes ces régions polaires ? Dans la mesure où le réchauffement climatique entraîne un recul de la calotte glaciaire, les côtes nord sont désormais accessibles aux bateaux. La pression mise par les industries extractrices sur les États pour les pousser à autoriser l’exploitation des zones subarctiques riches en métaux précieux et en ressources fossiles s’accroît. Nous devons refuser que la course au profit nous oblige à accepter l’exposition à l’air libre de sols qui étaient congelés depuis des centaines de milliers d’années, libérant, en plus des gaz à effet de serre, les innombrables bactéries et virus qu’ils contiennent.

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