Changements climatiques : plus de 5 500 nouveaux virus découverts dans l'océan

Hormis leur rôle dans les maladies infectieuses humaines, nous en savons relativement peu sur les virus à ARN dans le reste du monde. Une meilleure compréhension de la diversité et de l'abondance des virus dans les océans est importante pour expliquer le rôle des microbes dans l'adaptation des mers au changement climatique.

Les méthodes optimisées de découverte et de classification des données de séquences d'ARN menées par l'organisation Tara Oceans ont permis de dupliquer la liste des virus à ARN connus.

Une analyse du matériel génétique dans l'océan a permis d'identifier des milliers de virus à ARN inconnus auparavant et de doubler le nombre de phyls, ou grappes biologiques, de virus soupçonnés d'exister, selon une nouvelle étude réalisée par une équipe de chercheurs de l'Université de l'Ohio aux États-Unis States vient de paraître dans la revue Science.

Le Consortium Tara Oceans est une étude mondiale en cours sur l'impact du changement climatique sur les océans du monde, à bord de la goélette Tara.

Les virus à ARN sont connus pour les maladies qu'ils causent chez les humains, du rhume à la COVID-19. Ils infectent également les plantes et les animaux importants pour l'homme. Ces virus transportent leurs informations génétiques dans l'ARN plutôt que dans l'ADN. Ils évoluent beaucoup plus rapidement que les virus à ADN. Alors que les scientifiques ont catalogué des centaines de milliers de virus à ADN dans leurs écosystèmes naturels, les virus à ARN ont été relativement peu étudiés.

Cependant, contrairement aux humains et aux autres organismes fabriqués par des cellules, les virus ne possèdent pas de courtes portions d'ADN uniques qui pourraient agir comme ce que les chercheurs appellent un code à barres génétique. Sans ce code à barres, il peut être difficile d'essayer de distinguer différentes espèces de virus dans la nature.

« Pour contourner cette limitation », explique Guillermo Domínguez Huerta, consultant scientifique en microbiologie à l'Université de l'Ohio, « nous avons décidé d'identifier le gène qui code pour une protéine particulière permettant à un virus de répliquer son matériel génétique. C'est la seule protéine partagée par tous les virus à ARN, car elle joue un rôle essentiel dans leur propagation. Cependant, chaque virus à ARN présente de petites différences dans le gène qui code la protéine, ce qui peut aider à distinguer un type de virus d'un autre. »

Ils ont donc examiné une base de données mondiale de séquences d'ARN planctoniques collectées au cours du projet de recherche mondial de quatre ans des expéditions Tara Oceans.

Le plancton rassemble tout organisme aquatique trop petit pour nager à contre-courant. Ils constituent une partie vitale des réseaux trophiques des océans et sont des hôtes communs de virus à ARN. « Notre test a finalement permis d'identifier plus de 44 000 gènes codant pour la protéine du virus », a déclaré Dominguez Huerta.

Son prochain défi, alors, a été de déterminer les liens évolutifs entre ces gènes. Plus deux d'entre eux étaient similaires, plus il était probable que les virus possédant ces gènes soient étroitement liés. Comme ces séquences avaient évolué il y a longtemps (probablement avant la première cellule), les signaux génétiques indiquant où les nouveaux virus auraient pu se séparer d'un ancêtre commun ont été perdus au fil des ans.

Cependant, une forme d'intelligence artificielle appelée machine learning a permis d'organiser systématiquement ces séquences et de détecter les différences de manière plus objective que si la tâche était effectuée manuellement.

« Nous avons identifié un total de 5 504 nouveaux virus à ARN marins et doublé le nombre de phylas de virus à ARN connus, passant de 5 à 10 », a poursuivi le spécialiste. La cartographie géographique de ces nouvelles séquences a révélé que deux des nouveaux philes étaient particulièrement abondants dans de vastes régions océaniques, avec des préférences régionales dans les zones tempérées et les eaux tropicales : le « Taraviricota » (du nom des expéditions de Tara Oceans) ou l'océan Arctique (l'Arctiviricota). »

Les chercheurs pensent que Taraviricota pourrait être le chaînon manquant dans l'évolution des virus à ARN que la science recherche depuis longtemps, reliant deux branches connues de virus à ARN qui divergent dans la façon dont ils se répliquent. Ces nouvelles séquences permettent de mieux comprendre non seulement l'histoire évolutive des virus à ARN, mais également l'évolution des premiers stades de la vie sur Terre.

Comme l'a montré la pandémie de COVID-19, les virus à ARN peuvent provoquer des maladies mortelles. Mais ils jouent également un rôle vital dans les écosystèmes car ils peuvent infecter un large éventail d'organismes, y compris des microbes qui influencent les environnements et les chaînes alimentaires au niveau chimique.

La cartographie de l'endroit où vivent ces virus à ARN dans le monde peut aider à clarifier la façon dont ils affectent les organismes qui sont à l'origine de nombreux processus écologiques qui font fonctionner notre planète. On pense que ces types de virus ont trois fonctions principales : tuer les cellules, modifier la façon dont les cellules infectées gèrent l'énergie et transférer des gènes d'un hôte à un autre.

Malgré l'identification d'un si grand nombre de nouveaux virus à ARN, il reste difficile de déterminer quels organismes ils infectent. Actuellement, les chercheurs sont également principalement limités à des fragments de génomes de virus à ARN incomplets, en partie en raison de leur complexité génétique et de leurs limites technologiques.

« Nos prochaines étapes », a conclu le spécialiste, « consisteront à déterminer quels types de gènes peuvent manquer et comment ils ont évolué au fil du temps. Leur découverte pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre le fonctionnement de ces virus. »

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