Comment les détectives de virus retracent les origines d’une épidémie – et pourquoi c’est si délicat

Chaque fois qu’il y a une épidémie majeure, l’une des premières questions que se posent les scientifiques et le public est : « D’où cela vient-il ?

Afin de prévoir et de prévenir de futures pandémies comme la COVID-19, les chercheurs doivent trouver l’origine des virus qui les provoquent. Ce n’est pas une tâche banale. L’ origine du VIH n’a été claire que 20 ans après sa propagation dans le monde. Les scientifiques ne connaissent toujours pas l’origine d’Ebola, même s’il provoque des épidémies périodiques depuis les années 1970 .

En tant qu’expert en écologie virale , on me demande souvent comment les scientifiques retracent les origines d’un virus. Dans mon travail, j’ai trouvé de nombreux nouveaux virus et certains agents pathogènes bien connus qui infectent les plantes sauvages sans provoquer de maladie . Végétal, animal ou humain, les méthodes sont en grande partie les mêmes. La recherche des origines d’un virus implique une combinaison de travail de terrain approfondi, de tests de laboratoire approfondis et d’un peu de chance.

Les virus passent des hôtes animaux sauvages aux humains

De nombreux virus et autres agents pathogènes qui infectent les humains proviennent d’animaux. Ces maladies sont zoonotiques , ce qui signifie qu’elles sont causées par des virus animaux qui se sont propagés aux humains et se sont adaptés pour se propager dans la population humaine.

Il peut être tentant de commencer la recherche d’origine virale en testant des animaux malades sur le site de la première infection humaine connue, mais les hôtes sauvages ne présentent souvent aucun symptôme. Les virus et leurs hôtes s’adaptent les uns aux autres au fil du temps, de sorte que les virus ne provoquent souvent pas de symptômes évidents de la maladie tant qu’ils n’ont pas sauté sur une nouvelle espèce hôte . Les chercheurs ne peuvent pas simplement rechercher des animaux malades.

Un autre problème est que les gens et leurs animaux destinés à l’alimentation ne sont pas immobiles. L’endroit où les chercheurs trouvent la première personne infectée n’est pas nécessairement proche de l’endroit où le virus est apparu pour la première fois.

Dans le cas de COVID-19, les chauves-souris étaient un premier endroit évident à regarder. Ils sont des hôtes connus pour de nombreux coronavirus et sont la source probable d’autres maladies zoonotiques comme le SRAS et le MERS .

Pour le SRAS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19, le parent le plus proche que les scientifiques ont trouvé jusqu’à présent est le BatCoV RaTG13 . Ce virus fait partie d’une collection de coronavirus de chauve-souris découverts en 2011 et 2012 par des virologues de l’Institut de virologie de Wuhan. Les virologues recherchaient des coronavirus liés au SRAS chez les chauves-souris après la pandémie de SRAS-CoV-1 en 2003 . Ils ont collecté des échantillons fécaux et des écouvillons de gorge de chauves-souris sur un site de la province du Yunnan à environ 932 miles (1 500 kilomètres) du laboratoire de l’institut à Wuhan, où ils ont ramené des échantillons pour une étude plus approfondie.

Pour tester si les coronavirus de chauve-souris pouvaient se propager aux humains, les chercheurs ont infecté des cellules rénales de singe et des cellules dérivées de tumeurs humaines avec les échantillons du Yunnan. Ils ont découvert qu’un certain nombre de virus de cette collection pouvaient se répliquer dans les cellules humaines , ce qui signifie qu’ils pouvaient potentiellement être transmis directement des chauves-souris aux humains sans hôte intermédiaire. Cependant, les chauves-souris et les humains n’entrent pas en contact direct très souvent, donc un hôte intermédiaire est encore assez probable.

Trouver les parents les plus proches

L’étape suivante consiste à déterminer à quel point un virus sauvage suspecté est étroitement lié à celui qui infecte les humains. Pour ce faire, les scientifiques déterminent la séquence génétique du virus, ce qui implique de déterminer l’ordre des éléments constitutifs de base, ou nucléotides , qui composent le génome. Plus deux séquences génétiques partagent de nucléotides, plus elles sont étroitement liées.

Le séquençage génétique du coronavirus de chauve-souris RaTG13 a montré qu’il était identique à plus de 96 % au SARS-CoV-2. Ce niveau de similitude signifie que RaTG13 est un parent assez proche du SRAS-CoV-2, confirmant que le SRAS-CoV-2 est probablement originaire des chauves-souris, mais qu’il est encore trop éloigné pour être un ancêtre direct. Il y avait probablement un autre hôte qui a attrapé le virus des chauves-souris et l’a transmis aux humains.

Étant donné que certains des premiers cas de COVID-19 ont été découverts chez des personnes associées au marché de la faune de Wuhan, il y avait des spéculations selon lesquelles un animal sauvage de ce marché était l’hôte intermédiaire entre les chauves-souris et les humains. Cependant, les chercheurs n’ont jamais trouvé le coronavirus chez les animaux du marché.

De même, lorsqu’un coronavirus apparenté a été identifié dans des pangolins confisqués lors d’une opération de lutte contre la contrebande dans le sud de la Chine, beaucoup ont conclu que le SRAS-CoV-2 était passé des chauves-souris aux pangolins aux humains. Le virus du pangolin s’est avéré être identique à seulement 91% au SRAS-CoV-2, ce qui rend peu probable qu’il soit un ancêtre direct du virus humain.

Pour identifier l’origine du SARS-CoV-2, beaucoup plus d’échantillons sauvages doivent être collectés. C’est une tâche difficile – l’échantillonnage des chauves-souris prend du temps et nécessite des précautions strictes contre les infections accidentelles. Étant donné que les coronavirus liés au SRAS se trouvent chez les chauves-souris à travers l’Asie , y compris la Thaïlande et le Japon, c’est une très grosse botte de foin pour rechercher une très petite aiguille.

Créer un arbre généalogique pour le SARS-CoV-2

Afin de résoudre le puzzle des origines et des mouvements viraux, les scientifiques doivent non seulement trouver les pièces manquantes, mais également comprendre comment elles s’emboîtent toutes. Cela nécessite de collecter des échantillons viraux d’infections humaines et de comparer ces séquences génétiques entre elles et avec d’autres virus d’origine animale.

Pour déterminer comment ces échantillons viraux sont liés les uns aux autres, les chercheurs utilisent des outils informatiques pour construire l’arbre généalogique du virus, ou phylogénie . Les chercheurs comparent les séquences génétiques de chaque échantillon viral et construisent des relations en alignant et en classant les similitudes et les différences génétiques.

L’ancêtre direct du virus, partageant la plus grande similitude génétique, pourrait être considéré comme son parent. Les variantes partageant la même séquence parente mais avec suffisamment de modifications pour les différencier les unes des autres sont comme des frères et sœurs. Dans le cas du SRAS-CoV-2, la variante sud-africaine, B.1.351, et la variante britannique, B.1.1.7 , sont des frères et sœurs.

La construction d’un arbre généalogique est compliquée par le fait que différents paramètres d’analyse peuvent donner des résultats différents : le même ensemble de séquences génétiques peut produire deux arbres généalogiques très différents.

Pour le SARS-CoV-2, l’analyse phylogénétique s’avère particulièrement difficile. Bien que des dizaines de milliers de séquences du SRAS-CoV-2 soient désormais disponibles, elles ne diffèrent pas suffisamment les unes des autres pour former une image claire de la façon dont elles sont liées les unes aux autres.

Le débat actuel : hôte sauvage ou débordement de laboratoire ?

Le SRAS-CoV-2 aurait-il pu être libéré d’un laboratoire de recherche ? Bien que les preuves actuelles impliquent que ce n’est pas le cas, 18 virologues éminents ont récemment suggéré que cette question devrait être étudiée plus avant .

Bien qu’il y ait eu des spéculations sur le fait que le SRAS-CoV-2 soit conçu dans un laboratoire, cette possibilité semble hautement improbable. Lors de la comparaison de la séquence génétique du RaTG13 sauvage avec le SRAS-CoV-2, les différences sont réparties de manière aléatoire sur le génome. Dans un virus modifié, il y aurait des blocs clairs de changements qui représentent des séquences introduites à partir d’une source virale différente.

Il existe une séquence unique dans le génome du SRAS-CoV-2 qui code pour une partie de la protéine de pointe qui semble jouer un rôle important dans l’infection des personnes. Fait intéressant, une séquence similaire se retrouve dans le coronavirus MERS qui provoque une maladie similaire au COVID-19 .

Bien qu’il ne soit pas clair comment le SRAS-CoV-2 a acquis ces séquences, l’évolution virale suggère qu’elles sont issues de processus naturels. Les virus accumulent des changements soit par échange génétique avec d’autres virus et leurs hôtes, soit par des erreurs aléatoires lors de la réplication. Les virus qui acquièrent un changement génétique qui leur donne un avantage reproductif continueraient généralement à le transmettre par réplication. Le fait que le MERS et le SARS-CoV-2 partagent une séquence similaire dans cette partie du génome suggère qu’il a naturellement évolué dans les deux et s’est propagé car il les aide à infecter les cellules humaines.

Où aller en partant d’ici?

Déterminer l’origine du SRAS-CoV-2 pourrait nous donner des indices pour comprendre et prévoir les futures pandémies, mais nous ne saurons peut-être jamais exactement d’où il vient. Indépendamment de la façon dont le SARS-CoV-2 a sauté sur les humains, il est là maintenant, et il est probablement là pour rester. À l’avenir, les chercheurs doivent continuer à surveiller sa propagation et faire vacciner autant de personnes que possible.

Marilyn J. Roossick

Professeur de pathologie végétale et de microbiologie environnementale, Penn State