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Tapi dans l'ombre du génome : Comment des virus géants alimentent l'évolution génétique des organismes
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Les virus sont de minuscules envahisseurs qui provoquent un large éventail de maladies, de la rage au virus du flétrissement bactérien de la tomate et, plus récemment, au COVID-19 chez l'homme. Mais les virus peuvent faire plus que provoquer des maladies - et tous les virus ne sont pas minuscules.
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Les grands virus, en particulier ceux de la grande famille des virus nucléocytoplasmiques à ADN, peuvent intégrer leur génome dans celui de leur hôte, ce qui modifie considérablement la composition génétique de cet organisme. Cette famille de virus à ADN, également appelée virus "géants", est connue dans les milieux scientifiques depuis un certain temps, mais la mesure dans laquelle ils affectent les organismes eucaryotes est restée mystérieuse - jusqu'à présent.
"Les virus jouent un rôle central dans l'évolution de la vie sur Terre. Ils façonnent l'évolution de la vie cellulaire notamment par un processus appelé endogénisation, au cours duquel ils introduisent du nouveau matériel génomique dans leurs hôtes. Lorsqu'un virus géant s'endogène dans le génome d'une algue hôte, il crée une énorme quantité de matière première avec laquelle l'évolution peut travailler", a déclaré Frank Aylward, professeur adjoint au département des sciences biologiques de la Virginia Tech College of Science et affilié au Global Change Center, situé à l'Institut des sciences de la vie de Fralin.
Mohammad "Monir" Moniruzzaman, chercheur postdoctoral dans le laboratoire d'Aylward, étudie les éléments viraux endogènes, qui sont des fragments ou des séquences entières d'ADN viral brut qui ont été insérés dans le génome de l'hôte infecté.
Ensemble, Aylward et Moniruzzaman ont récemment découvert que les éléments viraux endogènes qui proviennent de virus géants sont beaucoup plus fréquents dans les algues vertes chlorophytes qu'on ne le pensait auparavant.
Leurs conclusions seront publiées aujourd'hui (18 novembre 2020) dans Nature.
Les chlorophytes, un groupe d'algues vertes, sont un groupe important d'organismes photosynthétiques qui sont à la base de la chaîne alimentaire dans de nombreux écosystèmes et qui produisent des quantités massives de nourriture et d'oxygène sur toute la planète. Les chlorophytes se développent dans nos lacs et nos étangs - et leur dynamique avec des virus géants ainsi que leur histoire évolutive unique, ont été au centre des recherches d'Aylward et de Moniruzzaman.
Les algues chlorophytes sont de proches parentes des plantes terrestres, et l'étude de leurs interactions avec des virus géants pourrait éclairer le rôle que ces virus ont joué au cours des premières étapes de l'évolution des plantes.
"Nous savons maintenant que les éléments viraux endogènes sont communs aux chlorophytes, ce qui fait penser que les plantes pourraient aussi interagir avec ces virus géants. Certaines données suggèrent que certaines plantes primitives, comme les mousses et les fougères, ont connu ces événements d'endogénisation au cours de l'évolution. Mais nous ne sommes pas exactement sûrs de l'ampleur de ce phénomène chez d'autres plantes primitives", a déclaré M. Moniruzzaman, le premier auteur de cet article publié.
Pour en savoir plus sur la prévalence des éléments viraux endogènes dans les algues, Moniruzzaman et Aylward ont effectué une analyse bioinformatique sur les génomes séquencés de différents groupes d'algues.
Ils ont découvert que 24 des 65 génomes analysés présentaient des signatures virales d'un type ou d'un autre, qui provenaient de l'endogénisation répétée de virus distincts. Dans un organisme algal, le Tetrabaena socialis, les chercheurs ont découvert qu'environ 10 % de ses gènes provenaient d'un virus de la grande famille des virus nucléocytoplasmiques à ADN.
Bien que l'endogénisation des virus ait été bien étudiée, les études se sont surtout limitées aux petits virus à ARN, tels que le virus de l'immunodéficience humaine (VIH), le rétrovirus responsable du syndrome d'immunodéficience acquise (SIDA).
L'étude d'Aylward et Moniruzzaman est l'une des premières à mettre en lumière les grands virus eucaryotes à ADN, ce qui marque un changement majeur dans le domaine.
Image en micrographie électronique d'un AaV, un virus géant qui infecte et tue une algue unicellulaire à l'origine de la prolifération d'algues nuisibles. Les virus géants qui appartiennent au même groupe que l'AaV peuvent fréquemment insérer leurs génomes dans ceux de leurs hôtes. Avec l'aimable autorisation de Chuan Xiao et Yuejiao Xian, Université du Texas à El Paso ; Steven W. Wilhelm et Eric R. Gann, Université du Tennessee, Knoxville.
"Ces grands éléments viraux endogènes sont beaucoup plus courants qu'on ne le pensait. Maintenant que nous disposons d'une analyse systématique, d'autres chercheurs vont vraiment commencer à y prêter attention. Cette étude montre que les éléments viraux endogènes sont assez courants, et donc qu'il pourrait s'agir d'un mécanisme commun d'évolution du génome. Je pense que ces résultats vont élargir notre vision du rôle des virus géants en tant que simples agents de la mortalité de l'hôte à des acteurs importants de l'évolution du génome de l'hôte", a déclaré M. Moniruzzaman.
Maintenant que Moniruzzaman et Aylward ont confirmé que l'endogénisation se produit dans des virus de plus grande taille, ils se demandent quelles sont les conditions qui poussent ces virus à injecter des EVE dans les algues vertes en premier lieu - et pourquoi les hôtes ne montrent aucun signe de rejet.
"Nous ne savons pas quel est le mécanisme ou comment l'ADN est maintenu, mais il est possible que l'endogénisation soit un processus aléatoire, presque accidentel. Et une fois que l'ADN viral est endogénéisé, il peut modifier la dynamique de l'évolution de l'hôte, et qu'il pourrait influencer davantage l'évolution de cette lignée", a déclaré Aylward.
L'idée qu'il existe une relation potentiellement bénéfique entre l'hôte et son virus est particulièrement intéressante pour Moniruzzaman.
"Il peut y avoir une raison pour laquelle l'hôte garde ces génomes viraux en son sein. Ce n'est pas comme si ces gènes viraux étaient à l'origine de l'échec ou de l'incapacité des hôtes à survivre dans l'environnement. Le problème est donc le suivant : les éléments viraux endogènes sont-ils bénéfiques pour l'hôte ? Et comment y entrent-ils et y restent-ils", a demandé M. Moniruzzaman.