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13 octobre 2008
par Jean-Paul Baquiast

Bienvenue dans la virosphère

Virus de l'herpes, qui infecte, la plupart du temps de façon
apparemment dormante, presque tous les humains

Nous avions déjà attiré l’attention de nos lecteurs sur les nouvelles hypothèses émises par les biologistes, relatives à l’importance des virus dans l’évolution(1). Un nombre croissant de virologues attirent dorénavant l’attention non seulement sur le nombre incroyablement élevé des virus sur la Terre, mais aussi sur leur rôle incroyablement actif dans l’évolution, passée comme présente(2). Les virus sont bien connus pour leur responsabilité dans la propagation de maladies souvent mortelles, contre lesquelles existent peu de vaccins. On connaît également leurs modes de reproduction et de transmission, par intrusion dans les cellules et détournement de leurs mécanismes biochimiques. Ils sont à cet égard considérés comme des parasites, dépendant entièrement de leurs hôtes pour leur survie.

Mais depuis une vingtaine d’années, le caractère singulier du monde des virus, ou virosphère, fait l’objet de travaux de plus en plus nombreux. Les virus sont partout, dans tous les environnements terrestres existants, mers glaciales, sources chaudes, déserts, roches profondes. En fait, partout où se trouve une forme de vie cellulaire quelconque, les virus abondent. Par ailleurs, on estime qu’ils sont 10 millions de fois plus nombreux que dans les estimations faites il y a quelques décennies. Un millilitre d’eau de lac peut en contenir plus de 200 millions. Les bactériophage, ou virus infectant les bactéries, pourraient atteindre, mis bout à bout, la distance de 100 (certains disent 200) millions d’années lumière.

Par ailleurs, leur diversité est considérable. On pense qu’existent 100 millions de types différents de virus. Leurs formes sont multiples, rappelant (à toute autre échelle évidemment) l’explosion de formes ayant caractérisé la faune dite du Burgess. Certains sont très grands, par exemple le Mimivirus découvert par une équipe européenne. Ils conservent leur information génétique par le biais d’une grande variété d’ADN et d’ARN. Mais, chose plus surprenante, plus on étudie leurs génomes, plus on découvre de gènes jamais identifiés auparavant. Le biologiste Luis Villareal, directeur du Center for Virus Research à l’Université de Californie, estime que les gènes nouveaux, dont le rôle est inconnu, représentent 80% du nombre des gènes viraux identifiés.

Souvenirs d'un monde archaïque

Ceci laisse supposer que leur matériel génétique n’est pas constitué de morceaux d’ADN extraits de l’ADN de leurs hôtes mais qu’ils sont apparus associés à des formes de vie primitives antérieures aux bactéries, fussent-elles archaïques. L’étude de l’évolution génétique d’un grand nombre de bactériophages a montré que ceux-ci ne pouvaient pas être rattachés à des arbres buissonnants dérivant d’ancêtres communs. Chaque phage semble disposer d’un échantillon de fragments d’ADN apparemment ramassés et assemblés au hasard. A l’intérieur d’un même hôte, les génomes de tous les virus qui s’y trouvent semblent en permanence mélangés entre eux. Mais ce supermarché des gènes viraux ne fonctionne pas seulement à l’intérieur d’un hôte unique. Il se manifeste à une toute autre échelle, celle de la Terre entière et, comme indiqué ci-dessus, au sein de milieux très divers. Les virus ont inventé la mondialisation bien avant celle que nous connaissons. Vu la vitesse de mutation et la variété des recombinaisons, compte tenu aussi des innombrables espèces virales en contact, de nouvelles séquences d’ADN apparaissent et se répandent très rapidement à la surface du globe.

Les bactériologues parlent volontiers de réseaux ou web bactériens, pour expliquer l’omniprésence et les virulences subites des espèces bactériennes. Mais le terme est encore mieux adapté lorsqu’il s’agit de décrire le monde des virus. Le fait que les virus puissent diffuser si facilement tient à une propriété qu’ils partagent avec les bactéries. Ils ne tuent pas systématiquement leurs hôtes, qu’il s’agisse des organismes multicellulaires ou des bactéries elles-mêmes. Ceux qui, comme le virus de la fièvre d’Ebola, provoquent des maladies massivement mortelles se condamnent eux-mêmes à une vie difficile, sinon à la disparition pure et simple. De plus, beaucoup de virus ont préféré la symbiose à l’agression. Ils s’intègrent à la machinerie cellulaire de leurs hôtes, dont ils deviennent des passagers symbiotiques permanents. On les nomme des « prophages ». Il semble que 20% des génomes des bactéries, en moyenne, soient constitués de prophages.

Par ailleurs, on identifie dans ces génomes environ 10% de gènes ne ressemblant à rien de connu. Ils sont nommés des ORFans. Le Pr Patrick Forterre, de l’Université Paris-Sud à Orsay, spécialiste des bactéries extrêmophiles(3), estime que 90% de ces ORFans sont d’origine virale. Mais les bactéries ne sont pas les seules à avoir intégré d’anciens virus. Les eucaryotes ou cellules à noyaux, se retrouvant dans tous les animaux dits supérieurs, y compris les humains, sont dotés d’ADN chargés des restes d’anciennes infections virales. C’est le cas des rétrovirus, virus contagieux non permanents et des ERV ou rétrovirus endogènes. On a découvert à partir des années 2000 que 8% au moins de l’ADN humain est fait d’ERV. 40% le sont probablement aussi et des quantités équivalentes se multiplient et diffusent sur le mode viral.

Une pluie de gènes viraux

Selon Patrick Forterre, les génomes des espèces supérieures subissent une pluie continuelle de gènes viraux. Leur rôle, on le sait, n’est pas facile à mettre en évidence. Certains ne servant à rien sont éliminés, mais il semble que le plus grand nombre restent en réserve pour faire face à des contraintes évolutives non encore rencontrées par la cellule, sur le mode du fonctionnement du système immunitaire. Ce mécanisme, s’exerçant au niveau des bactéries pathogènes, peut rendre les épidémies plus meurtrières et difficiles à combattre. Mais à l’inverse, les organes infectés peuvent grâce à leurs prophages s’adapter rapidement à des changements de milieux. On pense par exemple que le placenta indispensable à la reproduction des mammifères modernes est apparu grâce à l’action d’un gène dit syncitin provenant d’un ERV. En fait, c’est une grande part des mutations adaptatives s’étant produites depuis au moins 500 millions d’années qui peut être imputé à l’action des virus et des ERV. Ces derniers semblent impliqués massivement dans le fonctionnement des réseaux de régulation de l’expression des gènes. On sait que ce sont des différences dans l’expression des gènes et non dans la présence ou l’absence de tel ou tel gène qui provoquent les divergences dans la spéciation responsable de l’apparition d’espèces nouvelles à partir de troncs communs.

Nous avons relaté dans notre article cité en note(1), les travaux de Patrick Forterre et ses équipes comparant les processus biochimiques communs dans la réplication de l’ADN au sein des trois familles : bactéries, archaéa et eucaryotes. Ces trois familles ne sont plus aujourd’hui considérées comme rattachables à un tronc évolutif commun. D’où l’hypothèse qu’elles pouvaient être les survivants de formes primitives bien plus diverses peuplant la biosphère primitive. Patrick Forterre a montré que la vie naissante fut le résultat d’une intense période d’expérimentation biochimique au hasard, avec de nombreux échecs et des succès aboutissant à des formes de plus en plus complexes. Des multiples formes de systèmes vivants apparues ensuite, seuls les trois familles énumérées ci-dessus ont survécu. Comme les virus, à cette époque comme maintenant, étaient beaucoup plus abondants que les cellules, ils se sont révélés les agents les plus actifs et les plus efficaces de la diversification de la vie et de ses extensions géographiques. Ils auraient notamment été responsables de bonds évolutifs déterminants comme le passage du monde de l’ARN au monde de l’ADN, ainsi que de l’invention du noyau cellulaire.

Ces recherches enlèvent beaucoup de l’importance attribuée à la compétition entre gènes (gènes égoïstes) présentée par Richard Dawkins comme le moteur de l’évolution. Ou tout au moins la replacent-ils dans le cours d’une histoire déjà très riche. Par ailleurs, l’idée chère aux généticiens selon laquelle les génomes de l’ensemble des espèces pourraient dériver d’une souche commune unique devra, elle aussi, être sensiblement nuancée.

Nous ajouterons pour notre part deux choses. D’une part les recherches sur les virus archaïques éclairent d’une façon intéressante les hypothèses relatives aux formes de vie rudimentaires existant sur la Terre avant l’apparition de la vie(4) .Les virus primitifs pourraient être les (lointains) descendants de molécules biochimiques réplicantes.

Par ailleurs, dans un tout autre ordre d’idées, concernant l’exploration de milieux prébiotiques, comme ceux susceptibles de se trouver sur Mars, il ne faudra pas seulement penser à rechercher des bactéries, mais aussi des virus – virus éventuellement pathogènes pour les humains, bien sûr.

Notes
(1) Sur les virus, et notamment le mimivirus, voir notre article
«Le mimivirus, un monstre prometteur».
(2) Welcome to the virosphère, Garry Hamilton, New Scientist, 30 août 2008, p. 38
(3) Patrick Forterre
http://www.igmors.u-psud.fr/Equipe-Patrick-FORTERRE.html
(4) Voir notre brève du 25 octobre 2008 "Des formes de sélection rudimentairs existant sur Terre avant l'apparition de la vie".

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