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Le médusavirus, une clé pour mieux comprendre l’évolution des êtres vivants ?

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Publié le 9/8/2021


La crise sanitaire internationale que nous traversons a chamboulé les vies de toutes les populations. Aujourd’hui plus que jamais, les virus sont au cœur de l’actualité. Mais ces petits organismes sont loin d’avoir livré tous leurs secrets aux scientifiques. Chaque année, de nouveaux spécimens sont découverts et viennent enrichir nos connaissances sur la biologie évolutive et le règne du monde vivant. Parmi ces dernières découvertes, le médusavirus, une espèce de virus géant des sources d’eau chaude japonaises, a inspiré de nouvelles hypothèses sur les origines du vivant.




Les virus sont une famille de micro-organismes très diversifiée dont la principale particularité est de s'introduire dans les cellules d’au moins un organisme pour compléter leur cycle de reproduction. Chaque grande famille du vivant (eucaryote, bactérie et archée) est susceptible d’être l’hôte d’une espèce virale. Pour le médusavirus, comme la plupart des virus géants connus, c’est un parasite qui infecte les amibes. Dans les laboratoires de l’Université de Tokyo où les expériences ont été conduites, ce sont les Acanthamoeba castellanii quiont servi d’hôtes-tests dans les éprouvettes.



Un virus qui pétrifie ses victimes


Les observations du mode d’infection de ce virus des eaux chaudes ont beaucoup surpris les virologues qui s’en sont inspirés pour nommer le nouveau virus. Le nom “médusavirus” est une référence directe à la créature de la mythologie grecque Médusa, qui transformait les humains en pierre lorsqu’ils la regardaient. Et pour cause, lorsque l’amibe hôte est infectée, il arrive qu’elle se recouvre d’une croûte épaisse et rigide, comme si elle s’était changée en statue.


Micrographies en contraste de phase de cellules d'A. castellanii. (a) Cellules de A. castellanii sans infection virale. (b) Cellules de A. castellanii 1 à 2 jours PI. (c) Enchaînement de cellules A. castellanii autour de 2 jours PI. Medusavirus, un nouveau grand virus à ADN découvert dans l'eau de source chaude (G. Yoshikawa et al.)



Les médusavirus viennent rejoindre le tout jeune tableau familial des virus géants. Découverts en 2004 par l’équipe marseillaise d’un certain Didier Raoult (lui encore, décidément), les virus géants (ou girus) ont redéfini nos représentations des virus. Les dimensions et la machine génomique (l’ensemble des molécules qui entretiennent et composent la génétique du spécimen) des virus géants ont interrogé la communauté scientifique par leur complexité et leurs grandes échelles, rivalisant avec celles de certaines bactéries et pouvant aller jusqu’à atteindre 2000 fois la taille de certains virus “classiques”. Il est d’ailleurs fort possible que leur découverte ait été retardée car les scientifiques les confondaient avec des petites bactéries pendant leurs observations.


Un virus peut être considéré comme un girus s' il possède un diamètre supérieur à 0,2 μm et un génome formé d’au moins 0,3 million de paires de bases. Ces paires de bases, unités structurelles des gènes, vont coder les protéines du sujet et pour les virus géants, leur matériel génétique code jusqu’à 2 500 protéines. En comparaison, le génome de l’homme code quelque 30 000 protéines.


Le médusavirus fait son nid dans le noyau


Chez les virus, le cycle de réplication survient après l’entrée dans la cellule et il leur permet de se multiplier à l’intérieur en utilisant une partie du matériel biologique de l’hôte. Le principe même du cycle de réplication viral illustre bien la nature parasitaire du virus. Les composants biologiques viraux vont prendre la place de ceux de l’hôte et amener la machine cellulaire à travailler pour le virus en fabriquant de nouveaux virions (nom générique pour désigner une structure virale, qu’elle soit simple ou très complexe). Chaque espèce de virus présente un mode de réplication qui lui est propre, celui des médusavirus prend place à l’intérieur du noyau de la cellule.




Schéma simplifié du cycle de réplication d’un virus dans le noyau de son hôte infecté. RicochetScience, Youtube, 2014



Avec son entrée dans la cellule, le virus amène également des enzymes virales, qui seront aussi dupliquées pour compléter les futurs virus. Les enzymes sont des très grandes et complexes protéines qui catalysent chacune une réaction chimique spécifique. Chez les virus géants, deux enzymes reviennent systématiquement : l’ARN polymérase et l’ADN topoisomérase II. Mais à la surprise des scientifiques, elles sont toutes deux absentes chez le médusavirus qui dépend totalement de la cellule-hôte pour lui fournir ces enzymes essentielles à son cycle de réplication.


A l’inverse, le médusavirus est, parmi les virus géants, le seul à réunir les 5 protéines homologues les plus proches structurellement des histones. Les histones forment un complexe de 5 protéines très conservé au cours de l’évolution. Des archées aux grands animaux, ce complexe sert à compacter les brins d’ADN, ainsi qu’à les enrouler et les dérouler pour en contrôler l’ordre de réplication effectuée par l’ADN polymérase. Ce phénomène, visible au microscope, forme un collier de perles où les “fils” sont des zones sans histone, l’ADN est exposé et peut interagir avec d’autres molécules tandis que les “perles” sont des nœuds d’ADN densifiés autour des histones, inaccessibles et protégées.



Micrographie électronique de la chromatine décondensée d'érythrocytes de poulet. Les crochets noirs mettent en évidence les nucléosomes individuels ; les pointes de flèches noires indiquent les particules centrales des nucléosomes (les perles), les pointes de flèches blanches indiquent l'ADN de liaison (la ficelle). Barre d'échelle : 50 nm. Source : Wikipedia Commons



Le noyau, un très vieux virus ?


La structure de chaque virus est fondamentale pour pouvoir classer les différents spécimens et les comparer à d’autres modèles, notamment pour mesurer leurs proximités évolutives. Celles-ci sont étudiées afin de recomposer la généalogie et les liens de parenté entre différents spécimens mais également avec d'autres organismes et espèces non-virales, témoignant d’un certain rapprochement à un moment de l’évolution.


Ainsi, une similitude génétique comme celle présentée par la présence des histones rapproche les médusavirus de la branche de l’arbre phylogénétique des eucaryotes (notre branche à nous les humains). De plus, leur ADN polymérase viral est lui aussi très similaire à celui des eucaryotes.


Cette découverte a inspiré des hypothèses sur cette dépendance totale du médusavirus au noyau de la cellule-hôte car, même si d’autres virus (herpesviridae, adenoviridae, papillomaviridae…) réalisent une partie de leur réplication dans le noyau de leur hôte, ce cycle est complet pour les médusavirus. Les chercheurs ont également noté que l’amibe-hôte et le médusavirus avaient des gènes communs, ce qui n’est pas des plus étonnant, si la réplication se situe dans le noyau de l'hôte, la proximité des deux matériaux génétiques favorise le transfert latéral de gènes.


Comme il est admis que les mitochondries des cellules eucaryotes viennent d’une assimilation d'une bactérie ancestrale, la structure et la proximité notable des noyaux et de certains virus géants amènent les scientifiques à théoriser sur une potentielle origine virale du noyau tel que nous le connaissons aujourd’hui. Cela impliquerait un rôle fondamental pour les virus dans l’eucaryogénèse et l’histoire du vivant en général.



Sources :


La place des virus dans le monde vivant Gladys Kostyrka

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02359424/document


Maumus F, Blanc G. Study of Gene Trafficking between Acanthamoeba and GiantViruses Suggests an Undiscovered Family of Amoeba-Infecting Viruses. Genome Biol Evol. 2016

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27811174/


Prangishvili, D., Bamford, D., Forterre, P. et al. The enigmatic archaeal virosphere. Nat Rev Microbiol

https://www.nature.com/articles/nrmicro.2017.125


Medusavirus, a Novel Large DNA Virus Discovered from Hot Spring Water, G. Yoshikawa, R. Blanc-Mathieu et al., Journal of Virology Apr 2019

https://jvi.asm.org/content/93/8/e02130-18


C. Abergel, M. Legendre et al., The rapidly expanding universe of giant viruses: Mimivirus, Pandoravirus, Pithovirus and Mollivirus, FEMS Microbiology Reviews, 2015

https://academic.oup.com/femsre/article/39/6/779/550971


Van Etten JL. Another really, really big virus. Viruses. 2011 Jan;3(1):32-46. doi: 10.3390/v3010032. Epub 2011 Jan 18. PMID: 21994725; PMCID: PMC3187590.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3187590/


Takemura M (2020) Medusavirus Ancestor in a Proto-Eukaryotic Cell: Updating the Hypothesis for the Viral Origin of the Nucleus. Front. Microbiol.

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2020.571831/full


Forterre P, Gaïa M. Giant viruses and the origin of modern eukaryotes. Curr Opin Microbiol, 2016

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26894379/


Yutin N, Wolf YI, Koonin EV. Origin of giant viruses from smaller DNA viruses not from a fourth domain of cellular life. Virology, 2014

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25042053/

Eugene V. Koonin, Valerian V. et al, Global Organization and Proposed Megataxonomy of the Virus World, Microbiology and Molecular Biology Reviews, 2020



Beware the Medusavirus : A newly discovered giant virus turns its victims to “stone.”

https://www.theatlantic.com/science/archive/2019/03/giant-medusavirus-hosts-turn-to-stone/585289/

https://www.quantamagazine.org/were-giant-viruses-the-first-life-on-earth-20140710/

https://www.sciencemag.org/news/2017/04/giant-viruses-found-austrian-sewage-fuel-debate-over-potential-fourth-domain-life




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