Que sont les virus géants, ces énigmatiques colosses microscopiques ?

1992 : une épidémie de légionel­lose touche la ville anglaise de Brad­ford et se pré­pare à boule­vers­er com­plète­ment la virolo­gie. Pour­tant, cette mal­adie est causée par des bac­téries ! Celles du genre Legionel­la, qui vivent dans les eaux tièdes et se mul­ti­plient habituelle­ment aux dépens d’amibes (des petits organ­ismes com­posés d’une unique cel­lule, dont le fonc­tion­nement est plus proche de celui de nos pro­pres cel­lules que de celui des bactéries).

La par­tic­u­lar­ité de la légionel­lose est qu’elle ne se trans­met pas directe­ment d’humain à humain, mais via les aérosols provenant des envi­ron­nements con­t­a­m­inés par les bac­téries. Pour iden­ti­fi­er l’origine de l’épidémie de Brad­ford, le micro­bi­ol­o­giste Tim­o­thy Row­both­am a donc réal­isé un cer­tain nom­bre de prélève­ments, à la recherche des fameuses Legionel­la et des amibes qu’elles parasitent.

En obser­vant au micro­scope optique un échan­til­lon récupéré dans la tour de refroidisse­ment de l’hôpital, Row­both­am con­state que celui-ci con­tient bien des amibes qui, elles-mêmes, con­ti­en­nent ce qui a l’air d’être une bac­térie… Mais dont la forme ne cor­re­spond pas à celle des Legionel­la. Il nomme ce nou­veau microbe Brad­ford coc­cus et essaye de le car­ac­téris­er avec des out­ils adap­tés à l’étude des bac­téries pen­dant plusieurs années. En vain.

L’échantillon retourne dans un con­géla­teur puis, le jeune chercheur Richard Bir­tles, par­tant faire un post-doc­tor­at à Mar­seille en 1995, en embar­que un peu avec lui¹. Les chercheurs français ne font au départ pas mieux que les Anglais : impos­si­ble de car­ac­téris­er le génome de Brad­ford coc­cus… Jusqu’à ce que quelqu’un ait l’idée d’observer cette soi-dis­ant bac­térie avec un micro­scope élec­tron­ique, au pou­voir grossis­sant suff­isant pour se ren­dre compte qu’il s’agit en fait d’un virus, à la taille étonnante.

Quelques années plus tard, trois équipes de recherche mar­seil­lais­es parta­gent leurs résul­tats dans un arti­cle inti­t­ulé « Un virus géant d’amibe »² : Tim­o­thy Row­both­am avait, sans le savoir, isolé un virus capa­ble d’infecter les amibes et mesurant env­i­ron 0,7 µm de diamètre. En hom­mage à sa con­fu­sion ini­tiale avec une bac­térie, celui-ci a été bap­tisé mimivirus, pour microbe-mim­ic­k­ing (lit­térale­ment « ressem­blant à un microbe »).

La descrip­tion de ce virus en 2003 était révo­lu­tion­naire ! Car, s’il a fal­lu des années pour com­pren­dre la vraie nature de mimivirus, c’est qu’à l’époque, per­son­ne ne pen­sait qu’il pou­vait exis­ter des virus aus­si gros. Et pour cause : à la fin du dix-neu­vième siè­cle, la capac­ité des virus à tra­vers­er les pores de fil­tres suff­isam­ment fins pour retenir les bac­téries est une des pre­mières car­ac­téris­tiques ayant per­mis de les iden­ti­fi­er comme un nou­veau type d’agents infec­tieux. Autrement dit, on avait tou­jours défi­ni les virus comme étant plus petits que les bac­téries, qui mesurent en moyenne 1 µm de longueur, en con­sid­érant qu’ils pou­vaient quant à eux attein­dre env­i­ron 0,2 µm max­i­mum. Soit trois fois moins que la taille de mimivirus. 

Pour­tant, ce colosse micro­scopique n’a rien d’une excep­tion et les décou­vertes de virus géants s’enchaînent depuis 2003, notam­ment grâce aux travaux du lab­o­ra­toire Infor­ma­tion Génomique et Struc­turale, aujourd’hui dirigé par Chan­tal Abergel⁴. On con­nait désor­mais de nom­breux cousins de mimivirus, rassem­blés dans la famille des Mimiviri­dae. Ain­si que des pan­do­ravirus, pithovirus et autres mol­livirus : comme sou­vent en biolo­gie, plus on cherche des virus géants, plus on en trouve !

Cer­taines décou­vertes sont de vraies prouess­es : les pithovirus⁵ et les mol­livirus⁶ ont ini­tiale­ment été isolés à par­tir de pergélisol vieux d’environ 30 000 ans. Ce qui ne les a pas empêchés, entre les mains expertes des chercheurs, d’être tou­jours capa­bles d’infecter des amibes. Souhai­tant mon­tr­er que ça n’est pas si excep­tion­nel, la même équipe a récem­ment pub­lié un préprint dans lequel elle a ran­imé de la même façon pas moins de 13 virus d’amibes dif­férents⁷.

Si les pre­miers virus géants iden­ti­fiés l’ont été grâce à des co-cul­tures avec des hôtes sen­si­bles à l’infection (prin­ci­pale­ment des amibes), cela fait une dizaine d’années qu’un nou­v­el out­il accélère le rythme des décou­vertes : la métagénomique. Cette tech­nique com­bi­nant séquençage mas­sif et analy­ses bio-infor­ma­tiques, à laque­lle nous avons con­sacré un arti­cle, a fait explos­er le nom­bre de virus géants con­nus, qui se comptent désor­mais en mil­liers⁸.

Ils sont par­ti­c­ulière­ment nom­breux dans les océans, mais on en trou­ve aus­si dans les sols ou les lacs et il est clair qu’on ne fait que com­mencer à pren­dre la mesure de leur quan­tité, leur répar­ti­tion et leur diver­sité. Si on devait esquiss­er un por­trait de famille, tous les virus géants con­nus ont des génomes com­posés d’ADN dou­ble brin et la majorité d’entre eux for­ment des usines virales dans les cel­lules qu’ils infectent, qui sont exacte­ment ce que leur nom décrit. Leur taille peut attein­dre jusqu’à 2 µm de longueur pour les tupan­virus, mem­bre des Mimiviri­dae⁹ et leurs génomes mesur­er jusqu’à 2,5 mil­lions de paires de bases pour les pan­do­ravirus¹⁰.

Il n’est pas évi­dent de déter­min­er quels organ­ismes sont naturelle­ment infec­tés par les virus géants, en par­ti­c­uli­er quand ceux-ci sont iden­ti­fiés par métagénomique. Dif­férentes approches, comme la recherche de génomes sys­té­ma­tique­ment asso­ciés à ceux des virus dans les échan­til­lons, sug­gèrent que les virus géants sont capa­bles d’infecter un grand nom­bre de micro-organ­ismes eucary­otes, pas unique­ment des amibes¹². La liste est loin d’être fixée pour l’instant, mais plus elle s’allonge, plus ces virus sont sus­cep­ti­bles d’avoir des impacts impor­tants sur les écosystèmes.

De toutes les choses qu’il nous reste à décou­vrir et à com­pren­dre con­cer­nant les virus géants, ce sont vraisem­blable­ment leurs génomes qui soulèvent le plus de ques­tions. En effet, ils ne sont pas seule­ment démesuré­ment longs (pour des virus) : leur con­tenu lui-même est éton­nant. D’une part parce que, sou­vent, une grande par­tie des gènes (par­fois plus de 90 % !¹³) ne ressem­ble à rien de con­nu. Impos­si­ble de savoir d’où ils vien­nent ou à quoi ils ser­vent. D’autre part parce que, par­mi les gènes qu’on com­prend, cer­tains n’avaient jamais été observés dans des virus jusque-là.

En effet, les virus géants pos­sè­dent des gènes impliqués dans des proces­sus cel­lu­laires, comme la répli­ca­tion de l’ADN ou l’expression de l’information géné­tique. Ils ne sont pas autonomes, loin de là, mais cela inter­roge tout de même sur leur degré de dépen­dance, leur orig­ine et leur his­toire évo­lu­tive¹⁴. En 2008, l’identification de virus capa­bles d’infecter des virus géants eux-mêmes en train d’infecter une amibe est venue ajouter une pièce sup­plé­men­taire à ce casse-tête¹⁵.

Incon­nus il y a seule­ment vingt ans, les virus géants font régulière­ment l’objet de nou­velles décou­vertes et cha­cune soulève son lot de ques­tions. Nom­breux dans les océans et inter­agis­sant avec des micro-organ­ismes qui jouent des rôles clés dans la pro­duc­tion d’oxygène ou la cap­ture du CO₂ atmo­sphérique, il est pos­si­ble qu’on entende par­ler d’eux en dehors des revues de virolo­gie. Au-delà de leurs impacts, ils fasci­nent en tous cas en nous amenant à repenser la façon dont il con­vient de définir des ter­mes comme « virus » et « vivant ».