FIDÉLITÉ VIRALE


Une propriété fondamentale de la vie est la capacité de se perpétuer, de proliférer. Cela passe par la division des cellules ou la multiplication des virus. Au cours de ces phénomènes, les programmes génétiques des êtres vivants doivent être recopiés pour se distribuer dans tous les descendants des formes parentales. L’étape se nomme réplication. Deux brins d’ADN se séparent et servent chacun de matrice à la synthèse d’un brin complémentaire par des ADN-polymérases ADN dépendantes, selon les règles du code génétique. Beaucoup de virus ont des génomes à ARN, repliqués alors par des ARN-polymérases ARN-dépendantes. Tel est le cas des coronavirus, en particulier CoV-2

Les ADN-polymérases ADN dépendantes sont en moyenne 100 à 10.000 fois plus fidèles que les ARN-polymérases, elles ne se trompent dans l’incorporation d’une base (l’une des lettres de l’alphabet génétique ACG ou T) qu’une fois tous les 100 millions à 10 milliards de bases (10.000 à 100 millions pour les ARN-polymérases.)

Dans le cas de virus (comme pour l’essentiel des cellules), ces erreurs peuvent n’avoir pas d’incidence lorsque les mutations sont muettes, ce qui signifie qu’elles ne changent pas la séquences des protéines virales. Tel est la situation  dans les 2/3 des cas. La même chose est vraie si le changement de la séquence de la protéine mutée n’en altère pas la fonction. Si la mutation perturbe cette fonction au point de diminuer la production virale, alors le virus muté moins produit que les formes sauvages disparaitra bien vite. Rarement, la mutation peut conférer un avantage au nouveau virus dans des populations particulières d’hôtes chez qui il deviendra la « souche » prédominante. Je sais ces notions un peu compliquées pour les non-biologistes qui ont souvent de la difficulté à comprendre les principes et l’extraordinaire puissance de la sélection naturelle darwinienne, une référence incontournable à tout raisonnement touchant aux sciences de la vie. Précisons par conséquent ce que sont les mécanismes en cause.

L’ARN-polymérase ARN-dépendante, ainsi dénommée car elle elle polymérise un nouveau brin d’ARN complémentaire du brin d’ARN génomique,  fait, ai-je indiqué,  une erreur toutes les 10 mille à 100 millions de bases. Prenons arbitrairement un taux d’erreur de 1 sur 30.000. La taille du génome de CoV-2 est de 30.000 bases. Donc, en moyenne, il y a une erreur – une mutation – dans chaque nouvelle particule virale produite (on dit “virion”). Chaque cellule produit de 100 à 1000 virions avant de mourir. Ils peuvent par conséquent tous différer par en moyenne une base. Imaginons une mutation qui divise par 10 la production de virus. Chaque cellule infectée par ce mutant fera 10 à 100 virions, disons 50. Au second cycle d’infection, 50 cellules seront infectées qui produiront 2500 virions. Pendant ce temps, le virus sauvage (c’est à dire non muté pour cette mutation) aura 500 fils au premier cycle, 25.000 au second. 25.000 contre 2500 après deux cycles infectieux seulement, enfoncée la souche mutée, elle disparait. Au bout de 10 cycles, on ne retrouve pas la mutation considérée car elle créait un “désavantage sélectif” balayant cette population. C’est ça, le darwinisme. Une conséquence de ce phénomène est que, quand on séquence des milliers de génomes, certaines positions apparaissent comme si elles n’avaient jamais muté. Ce n’est pas ça, en fait. C’est que ces mutants désavantagés ont été éliminés. Il s’ensuit que les zones peu mutées des génomes sont celles qui ont une fonction importante. Dès qu’on y touche, le descendant muté moins prolifératif disparait rapidement. A noter que c’est exactement l’inverse pour les mutations cellulaires cancérigène, autre exemple emblématique de la sélection  darwinienne.

Passons maintenant des cellules isolées aux tissus d’un être vivant multicellulaire, végétal ou animal. Dans le mode animal, et par conséquent humain,  chaque gramme de tissu infecté produit entre 42 et 420 milliards de particules virales. Le taux de mutation étant de 10-4 à 10-8, des millions de mutations sont introduites en permanence, certaines rapidement éliminées, d’autres conservées. De fait, les génomes viraux séquencés par milliers témoignent de cette diversité. Néanmoins, certaines mutations sont ancestrales, sélectionnées dès le début de l’épidémie en Chine, en automne 2019. Elles sont à l’origine des souches A, B et C définies par la présence d’un acide aminé (constituant élémentaire des protéines) que l’on retrouve chez tous. L’existence de telles souches suggère que leur ancêtre parental était mieux adapté aux populations dans lesquelles chacune prédomine.  Les individus d’une même souche sont cependant presque tous différents les uns des autres. Jusqu’à présent, cette variabilité virale, tout à fait habituelle pour des virus à ARN, ne semble pas avoir significativement impacté la virulence virale. Croisons les doigts.

Axel Kahn, le mardi 5 mai 2020.

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10 thoughts on “FIDÉLITÉ VIRALE

  1. Une lecture facile pour des néophytes qui aimeraient faire une petite plongée dans le monde surprenant des virus :
    “Planète de virus” par le vulgarisateur scientifique poupulaire américain Carl Zimmer.

  2. Problème de réplication ? “…alors le virus muté moins produit que les formes sauvages disparaitra bien vite…”
    produit = productif, prolifique ?
    ou faut-il lire “produit moins que les formes sauvages ET disparaitra bien vite”
    😉

    • Si la variabilité virale ne semble pas avoir significativement impacté la virulence virale, elle a peut-être augmenté sa contagiosité selon le Los Alamos National Laboratory.
      Ce laboratoire essaie de tracer en temps réel l’évolution de la spicule (S) du SARS-CoV-2. Il a déjà identifié 14 mutations.
      Il semblerait que la mutation Spike D614G, devenue la forme dominante dans le monde; a rendu le virus plus contagieux
      Voir leur étude du 5 mai ( non-peer reviewed) : https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.04.29.069054v1.full
      ‘Spike mutation pipeline reveals the emergence of a more transmissible form of SARS-CoV-2’

    • Ce sont le cellules qui produisent les virus. Les virus mutés sont souvent moins produits (par les cellules) que les non-mutés…

  3. Les nombres grandissimes multipliés par des probabilités très faibles ça donne des occurrences assez fréquentes. Le virus va-t-il, à force de mutations, s’éroder au point que ceux circulant dans 3 ou 6 mois n’auront plus la même virulence que leur ancêtre pionnier ? Augmentée ou diminuée ? Y aura -t-il une sélection favorable ou au contraire défavorable à la virulence ? On pourrait imaginer que le succès d’un virus puisse être proportionnel à son taux de multiplication qui, lui-même, ne serait pas forcément synonyme de virulence; un virus devenu inoffensif mais très performant en terme de multiplication et donc très présent pourrait-il être le top pour un virus ? Mais très présent dans la cellule sans trop troubler la cellule c’est peut être incompatible aussi ; ça je ne sais pas.

    • Une production virale intense détourne la machinerie cellulaire de ses fonctions normales et est par conséquent en elle même cytotoxique.

  4. Michel Vincent on 6 mai 2020
    Si la variabilité virale ne semble pas avoir significativement impacté la virulence virale, elle a peut-être augmenté sa contagiosité selon le Los Alamos National Laboratory.
    Ce laboratoire essaie de tracer en temps réel l’évolution de la spicule (S) du SARS-CoV-2. Il a déjà identifié 14 mutations.
    Il semblerait que la mutation Spike D614G, devenue la forme dominante dans le monde; a rendu le virus plus contagieux
    Voir leur étude du 5 mai ( non-peer reviewed) : https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.04.29.069054v1.full
    ‘Spike mutation pipeline reveals the emergence of a more transmissible form of SARS-CoV-2’

    • Bien entendu, le fait qu’il y ait des “souches” virales implique que leur ancêtre parental s’est bien plu dans des populations particulières.

      • Votre dernière remarque peut-t-elle être explicitée (en terme d’évolution du virus en contagiosité ou en virulence) ?

        • Une souche, définie par le fait que les virus qui y appartiennent portent un marqueur, un acide aminé, d’un ancêtre commun, s’explique le plus aisément par des phénomènes de sélection : meilleure amplification et diffusion dans la population où domine la souche considérée.

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