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Article
Le
Mimivirus, un monstre prometteur
par
Jean-Paul Baquiast
9 mars 2006 |
 Automates
Intelligents s'enrichit du logiciel
Alexandria.
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Nous avons composé
cet article en concaténant, traduisant et si besoin
était complétant divers textes, dont le tout
récent article de la revue Discover
http://www.discover.com/issues/mar-06/cover/?page=1
ainsi que sa discussion dans le blog de Ars Technica http://arstechnica.com/journals/science.ars/2006/3/3/3044.
L'article de Discover a suscité différentes
critiques des défenseurs de l'Intelligent Design,
car l'auteur présente le Mimivirus comme un argument
de plus destiné à contrer cette pseudo-théorie.
Nous n'entrons pas ici dans ce débat, américano-américain
et non-scientifique. Ci-dessous, photos du Mimivirus.
Dans
un article précédent, Nouveaux
nouveaux regards sur la biologie: Carl Woese, Freeman Dyson,
nous avions évoqué les travaux de Carl Woese,
" inventeur " des archéobactéries
et la question posée par Woese et Dyson : d'où
pouvaient provenir les trois grandes familles identifiées
aujourd'hui, archea, bactéries et cellules à
noyau. Et surtout, pourquoi semblaient-elles être apparues
simultanément ? Dans l’article, nous évoquions
leur hypothèse d’un « marché commun
» des gènes, antérieur à l’apparition
de ces trois branches. Il s’agissait selon les auteurs
cités d'un univers peu organisé de proto-cellules
qui échangeaient constamment du matériel génétique
entre elles, au sein d'un environnement commun dont les effets
sélectifs s'appliquaient à toutes. Ce marché
commun a été nommé par Woese le transfert
génétique horizontal (horizontal gene transfer).
Mais
qu’étaient ces proto-cellules ? Pouvait il
s’agir de virus, ou de virus archaïques ? Certains
de ses virus réputés archaïques existent-ils
encore parmi nous ? Il ne nous semble pas que Woese et Dyson
aient exploré ces hypothèses. Nous allons
présenter rapidement les travaux des chercheurs qui
sont en train de le faire. Ceci nous donnera l’occasion
de rendre l’hommage qu’ils méritent aux
auteurs français de la découverte et de la
caractérisation d’un virus étonnant,
dont on n’a pas encore suffisamment parlé,
le Mimivirus (pour mimicking microbe). Ce Mimivirus
parait en passe de bouleverser une nouvelle fois les conceptions
que nous pouvons nous faire de la vie et de ses origines.
Qu’est-ce
qu’un virus?
Rappelons
d’abord la définition du virus. Rien n’est
plus élusif que ce micro-organisme. Il s’agit
de petits éléments d’ADN ou d’ARN
enveloppés de protéines, intermédiaires
entre la vie et la non-vie 1). Ils n’ont
pas de membranes, ce ne sont donc pas des cellules, ni même
ces cellules élémentaires que sont les bactéries.
Ils ne prennent vie que lorsqu’ils envahissent les
cellules afin de les utiliser pour se reproduire. Ceci en
fait les tueurs que l’on connaît : fièvre
Ebola, VIH, grippe, etc.. Mais d’innombrables autres
virus ne sont pas pathogènes. Nous y reviendrons.
Rappelons que les virus n’étant pas des cellules
ne sont pas sensibles aux antibiotiques.
C’est
le botaniste hollandaise Martin Beijerinck qui a soupçonné
leur existence au début du 20e siècle en recherchant
les causes d’une affection végétale,
la Mosaïque du tabac. Les extraits de feuilles infectés
demeuraient virulents après passage par un filtre
en porcelaine alors que ce filtre aurait du arrêter
une bactérie. Mais l’agent de la mosaïque
du tabac n’a été identifié qu’en
1935 grâce à l’invention du microscope
électronique. Le chimiste Wendell M. Stanley qui
obtint pour cela le prix Nobel, montra que le virus pouvait
être effectivement considéré comme intermédiaire
entre un organisme vivant et un composé physico-chimique.
Aujourd’hui,
le débat ne s’est pas éclairci. Où
se situent les virus, entre les trois branches de micro-organismes
officiellement reconnues : les eucaryotes, multicellulaires
disposant de cellules à noyau, les bactéries
monocellulaires avec ou sans noyau et les archea, découvertes
par Carl Woese, bactéries sans noyau qui constitueraient
peut-être le tiers de toute la matière vivante
existant sur la Terre. On considérait les virus comme
dépendant des organismes sans lesquels ils ne peuvent
se reproduire. Donc ils seraient apparus après ceux-ci
et non avant. Mais cette vision est difficilement compatible
avec les effectifs de virus que l’on pense exister
sur Terre, sans doute en majorité dans les océans
comme le généticien Craig Venter vient de
le montrer en accomplissant un tour du monde en bateau destiné
à prélever et étudier des échantillons
de virus océaniques. Le nombre des virus identifié
à ce jour est infime par rapport à ceux qui
ne le sont pas. On estime parfois que mis bout à
bout, l’ensemble des particules virales existant sur
Terre formerait une ligne longue de 10 millions d’années-lumière.
Le plus grand nombre de ces virus n’apparaît
pas menaçant pour les espèces complexes comme
la nôtre mais font néanmoins partie intégralement
de leur vie.
Les modes de réplication des virus sont très
variés, avec de nombreuses différences dans
la façon d’infecter les cellules hôtes.
Les souches de virus à ADN, comme ceux de la variole
ou de l’herpes, peuvent vivre des siècles en
dehors d’un hôte, en se reproduisant par division
avec un taux minimum d’erreur. Les virus à
ARN se reproduisent vite et en mutant fréquemment.
On estime que ces derniers sont les descendants des formes
vivantes existant avant l’apparition de la double
hélice, un monde qui avait été qualifié
de "monde de l’ARN". Ils dirigent la copie
de leur génome sans ADN et, de ce fait, plus rapidement
mais avec beaucoup plus d’erreurs – ce qui était
un avantage à une époque où la vie
n’avait pas encore choisi de s’incarner dans
des formes stables. Aujourd’hui, c’est de nouveau
un avantage face aux méthodes de lutte anti-virales
adoptées par l’homme. Les virus de la grippe,
notamment celui de la grippe aviaire, sont aujourd’hui
connus, au moins de nom, du monde entier. Le virus de HIV
également. Mais celui-ci est encore plus pernicieux.
Une fois qu’il s’est introduit dans la cellule
de l’hôte, sous forme d’un brin d’ARN,
il y fabrique son propre double brin d’ADN qui s’incorpore
à celui de l’hôte et se transmet avec
lui. Il est qualifié pour cette raison de rétrovirus.
Le
monde des virus s’est enrichi récemment des
viroïdes, fragments d’ARN sans enveloppes protéiniques
qui ne codent pour rien d’apparent. Les viroïdes
n’ont pas de gènes et cependant peuvent provoquer
des maladies. D’autres organites, nommés satellites,
ne peuvent se reproduire que dans un virus, lui-même
hébergé par un hôte. Mentionnons pour
être complet les prions, protéines complexes
dont le rôle, utile ou nuisible à la vie cellulaire,
reste encore en partie mystérieux. On les exclue
à ce jour de la catégorie des êtres
vivants. Rappelons enfin que l’ingénierie génétique
fabrique aujourd’hui des ARN entièrement «
chimériques », en enfilant des paires de bases
pour reconstituer certains virus, existants déjà
comme celui de la poliomyélite, ou inconnus à
ce jour dans la nature, mais pouvant potentiellement s’y
développer et devenir dangereux pour l’homme.
Dans
le panorama déjà surprenant des virus, la
découverte du Mimivirus a eu l’effet d’une
petite bombe, dont les retombées sont encore loin
d’être toutes perceptibles. Le Mimivirus est
plus complexe génétiquement, non seulement
que les virus mais que beaucoup de bactéries. Cette
découverte oblige à redéfinir le concept
plus général de virus. On est aujourd’hui
tenté de faire des virus une branche à part
dans l’arbre de la vie. Mais cette branche ne serait
pas récente. Elle pourrait au contraire être
l’ancêtre des trois autres. On pourrait alors
considérer que les virus seraient à l’origine
même de la vie, origine dont on sait qu’elle
demeure encore mystérieuse. Nous allons examiner
rapidement ces diverses perspectives
La
découverte du Mimivirus
On
peut attribuer à Bernard La Scola (photo ci-contre)
, bactériologiste au sein de l’équipe
de Didier Raoult 2), l’honneur
d’avoir identifié en travaillant sur des germes
supposés de la maladie du légionnaire transmis
par des collègues britanniques, ce qui lui est apparu
immédiatement comme un vrai monstre. Il s’agit
d’un organisme montrant des traits caractéristiques
des virus, notamment une architecture cristalline. Mais
sa taille, l’espèce de chevelure dont il s’entoure,
en font un virus différent des autres. Autrement
dit, ce que l’on pensait être une bactérie
responsable de la maladie du légionnaire et d’autres
affections pulmonaires voisines, infectant préférentiellement
les amibes vivant dans les réservoirs d’eaux
tièdes et qui avait déjà été
baptisé le Bradfordcoque (du nom de la ville britannique
de Bradford où s’était déclenché
en 1992 une épidémie pulmonaire) était
en fait un virus, mais un virus très spécial.
La
séquence du Mimivirus est désormais connue,
suite aux travaux des équipes de Marseille. Le Mimivirus
est géant d’abord par sa taille, qui le place
à la limite de la visibilité des microscopes
optiques ordinaires. Son génome, d'environ 1,2 millions
de bases est 2 fois plus grand que celui du virus qui détenait
le record de taille avant lui, un bactériophage (0,67
Mb). Il est également beaucoup plus grand que le
génome d'une vingtaine d'organismes unicellulaires
(archaebactéries et eubactéries). Les chercheurs
y ont identifié environ 1200 gènes potentiels
dont 298 auxquels ils ont pu attribuer une fonction. Les
virus se contentent généralement de 10 gènes,
les plus grands en ayant 300 (dont le rôle, en ce
cas n’apparaît pas clairement).
De plus l'analyse du génome du Mimivirus indique
la présence d'une trentaine de gènes habituellement
présents chez les organismes cellulaires et absents
des virus. Parmi ceux-ci, on trouve plusieurs gènes
de la synthèse des protéines, une propriété
tout à fait inhabituelle pour les virus, qui utilisent
normalement la machinerie de l'hôte qu'ils infectent
pour synthétiser leurs propres protéines.
On trouve également des protéines de réparation
de l'ADN, d'aide au repliement des protéines et des
enzymes du métabolisme, jamais identifiées
auparavant chez aucun virus.
Cependant, même si le Mimivirus présente quelques
caractéristiques cellulaires, il possède encore
plusieurs des critères propres aux virus, en particulier
l'absence de métabolisme énergétique
et un mode de multiplication intracellulaire typiquement
viral, supposant l’infection d’organismes hôtes,
ici les amibes.
Le
Mimivirus offre donc des traits qui ne permettent pas de
l’assimiler aux autres virus non plus qu’aux
trois catégories d’organismes cellulaires reconnues
aujourd’hui, eucaryotes, bactéries et archaea.
Tout laisse penser qu’il s’agit d’une
lignée distincte et vraisemblablement très
primitive de virus à ADN. Certaines de ses caractéristiques
se retrouvent dans les trois familles de micro-organismes.
On peut en déduire qu’elles étaient
antérieures à celles-ci. Dans ce cas, le Mimivirus
ou des pré-Mimivirus auraient joué un rôle
capital dans l’invention des formes cellulaires. Face
à lui, les microbiologistes sont un peu dans la situation
où seraient des paléoanthropologues découvrant
une espèce aujourd’hui vivante qui pourrait
être placée dans l’échelle de
l’évolution au point de divergence des divers
embranchements de grands singes. (image ci-contre:
CNRS; J-M. Claverie)
Mais
alors les prédécesseurs supposés du
Mimivirus, comme le Mimivirus lui-même, obligeraient
à revoir l’idée bien acquise que les
virus ne se développent qu’en parasitant des
organismes cellulaires plus complexes. Mieux encore, si
l’archéo-Mimivirus supposé avait été
à l’origine des trois branches actuelles de
micro-organismes, il faudrait admettre qu’il aurait
évolué vers, à la fois, plus de complexité
(les cellules) et moins de complexité (les virus
actuels). Ces deux types d’évolution se seraient
révélées également fructueuses,
ce qui démontre que le retour à plus de simplicité,
ou si l’on préfère à moins de
complexité, peut dans certaines conditions être
un avantage. Seul le Mimivirus actuel, pour une raison évolutive
inconnue, aurait conservé le grand nombre de gènes
de la famille archaïque. Apparemment, cela n’a
pas nui à sa survie, mais ne l’a pas rendu
cependant plus efficace en termes de reproduction que ses
divers descendants, car il est resté confiné,
autant que l’on sache à ce jour, dans une niche
assez étroite, le milieu amibien. Pour reprendre
une autre comparaison tirée de la zoologie, on pourrait
voir en lui une espèce de coelacanthe du monde des
organismes pré-cellulaires et pré-viraux.
D’hypothétiques
archéo-Mimivirus
Après
l’analyse du génome du Mimivirus, les travaux
de séquençage de tous les micro-organismes
existants, à ARN ou à ADN, sont en train de
se multiplier, avec recherche de références
croisées. Les équipes marseillaises et leurs
collègues de par le monde ont déjà
entrepris de rechercher d’autres espèces de
Mimivirus, dans les algues, la mer ou les tours réfrigérantes.
Ces travaux renforcent l’hypothèse selon laquelle
ce serait les virus qui seraient à l’origine
de la vie, il y a quelques 4 milliards d’années.
Pourrait-on
alors envisager une époque où les échanges
de matériels génétiques se faisaient
très librement, avec des taux de mutations considérables
l'existence de mécanismes d’élimination
par sélection darwinienne infiniment plus nombreux
qu’aujourd’hui. On pourrait alors reprendre
pour caractériser cette époque les terme de
marché commun des gènes ou de transfert génétique
horizontal évoqués en début de cet
article.
Ceci
pourrait conduire également à la recherche
d’une cellule mère qui aurait à un moment
donné résulté de l’interaction
des bactéries primitives et des virus et qui aurait
réussi à s’imposer et survivre.
C’est
ce que pense Patrick Forterre, biologiste moléculaire
à Paris-Sud 3). Il a organisé
en juillet 2005 une conférence internationale en
France à la fondation Les Treilles, sur le thème
« Les origines du noyau cellulaire ». C’est
ce noyau qui permet de distinguer clairement les cellules
proprement dites des bactéries. Le noyau est le centre
de commandement de l’ensemble des mécanismes
métaboliques et reproductifs des eucaryotes. Avant
lui, la vie pouvait être considérée
comme un bouillon de culture confus, où se mêlaient
et interféraient très librement les molécules
prébiotiques non vivantes et les virus ou pré-virus.
Elle s’est structurée avec l’apparition
des organismes à noyaux. Mais comment le noyau est-il
apparu ? La question préoccupe les biologistes depuis
un siècle et demi. La découverte du Mimivirus
permet de défendre un scénario séduisant.
Un gros virus à DNA semblable au Mimivirus aurait
pu à une certaine époque s’introduire
dans une archéo-bactérie ou une bactérie.
Mais au lieu de la détruire, il s’y serait
incorporé et y aurait survécu sous forme d’une
nouvelle structure interne, le noyau. L’hypothèse
est conforté par l’observation que le Mimivirus
et les noyaux des cellules des eucaryotes se répliquent
dans le cytoplasme des cellules de façon voisine
4).
Patrick
Forterre a baptisé l’organisme primitif du
nom de LUCA, ou Last Universal Common Ancestor.
Celui-ci, selon l’opinion qui se répand, était
viral. Dans ce cas, les hommes seraient basiquement des
descendants des virus ou de l’organisme archaïque
à l’origine des trois ordres d’organismes
vivants. Ces considérations conduisent à regarder
les virus avec un œil moins craintif que celui que
nous leur offrons. La très grande majorité
des virus sont inoffensifs pour leurs hôtes. Beaucoup
sont sans doute utiles. Mais nous ne pouvons pas encore
le mettre en évidence. Ce sont des parasites, certes,
mais les parasites survivent parce qu’ils sont non
seulement inoffensifs mais utiles à l’organisme
parasité. On pourrait les comparer au très
grand nombre de séquences d’ADN dont le rôle
n’est pas élucidé et qui constituent
ce que l’on appelle à tort l’ADN poubelle
(junk DNA).
Si
l’hypothétique LUCA avait été un
virus, pourquoi alors ne serait-il pas arrivé sur Terre
à bord d’un astéroïde. On pense que
certaines formes de vie primitives peuvent survivre aux épreuves
des voyages interplanétaires et des rentrées
dans les atmosphères denses. Cette hypothèse
est la à base de la Panspermie, qui reporte il est
vrai plus loin dans le temps et dans l'espace, mais ne résout
pas, la question de savoir comment ces virus primordiaux sont
apparus dans l’univers…A moins, comme le disent
les partisans du Biocosmos 5), qu’il
s’agisse d’une des façons par lesquelles
un univers intelligent (celui où nous nous trouvons)
aurait évolué pour favoriser l’apparition
de la vie biologique dont nous sommes issus.
Notes
1) Pour Gilbert Chauvet, à la lumière
de la théorie de la vie qu’il propose, les virus
sont des organismes vivants car, contrairement aux structures
matérielles, ils présentent des interactions
fonctionnelles internes (http://www.automatesintelligents.com/collection/chauvet1.html)
2)La séquence complète du
Mimivirus, le plus grand virus à ADN connu, a été
publiée en ligne dans la revue Science le 14 octobre
2004 (Science, The 1.2 Mb genome sequence of Mimivirus,
Didier Raoult, Stéphane Audic, Catherine Robert, Chantal
Abergel, Patricia enesto, Hiroyuki Ogata,
Bernard La Scola, Marie Suzan, Jean-Michel Claverie)
Les équipes du CNRS à l'origine de la découverte
sont les groupes de Didier Raoult (Unité des Rickettsies
et pathogènes émergents, UMR 6020 CNRS/Université
de la Méditerranée, Marseille) et de Jean-Michel
Claverie ( Laboratoire Information Génomique et Structurale,
UPR 2589 CNRS, Marseille).
3) Partrick Forterre, Page personnelle
http://www-archbac.u-psud.fr/LabHome/PForterre/ePF.html
4) Notons cependant que pour d'autres biologistes,
le noyau s'est développé selon une formule analogue
à celle de la formation des mitochondries, par introduction
et adoption d'une bactérie. http://www.nature.com/nature/journal/v440/n7080/abs/nature04531.html
5) Voir notre présentation du livre de James Gardner,
Biocosm, dans le précédent numéro
http://www.automatesintelligents.com/biblionet/2006/fev/bioscom.html
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