Les virus se mêlent-ils à notre génome ?

Des travaux très éton­nants sug­gèrent que les virus pour­raient avoir joué un rôle majeur dans l’évolution. Pas seule­ment en oblig­eant leur hôte à se trans­former pour s’en pré­mu­nir, mais en agis­sant directe­ment sur la séquence des génomes. Une his­toire de géné­tique horizontale.

Dans le monde vivant, le partage de matériel géné­tique ne se fait pas tou­jours de par­ents à enfants… Les généti­ciens appel­lent ain­si « trans­ferts hor­i­zon­taux » tout autre mécan­isme de trans­mis­sion d’ADN que la repro­duc­tion¹. C’est un phénomène bien con­nu chez les bac­téries ou les archées — les micro-organ­ismes pro­cary­otes². Il explique notam­ment l’acquisition de résis­tance aux antibi­o­tiques qui pose tant de prob­lèmes en san­té publique. Les bac­téries s’échangent des gènes, via de petits morceaux d’ADN cir­cu­laires appelés plas­mides, ce qui leur per­met de s’adapter rapi­de­ment à de nou­velles con­di­tions envi­ron­nemen­tales, comme la présence d’une molécule antibi­o­tique. Mais les organ­ismes pluri­cel­lu­laires, même très com­plex­es comme les vertébrés, peu­vent-ils aus­si s’échanger des gènes par trans­fert hor­i­zon­tal ? C’est la ques­tion que j’explore…

Chez les eucary­otes³, des études com­para­nt le génome de dif­férentes espèces ont mon­tré que le phénomène était rare, mais pas impos­si­ble. Les trans­ferts hor­i­zon­taux sont faciles à retrou­ver, car ils entraî­nent une forte simil­i­tude de séquence entre deux espèces qui sont très éloignées dans l’arbre de la vie. Celles-ci sont trop dis­tantes, en ter­mes d’évolution, pour que la sim­i­lar­ité de séquence puisse s’expliquer par l’héritage d’un ancêtre com­mun au tra­vers des générations.

Un grand nom­bre de cas décrits con­cer­nent des insectes, il s’agit sou­vent de matériel géné­tique provenant de bac­téries. Par exem­ple, des coléop­tères pos­sè­dent un gène issu de bac­téries qui les aide à digér­er la paroi pep­tidique des plantes. D’autres séquences facili­tent la dégra­da­tion de com­posés tox­iques émis par les plantes pour se pro­téger. L’aleurode du tabac, une petite mouche blanche capa­ble de rav­ager les cul­tures, a ain­si acquis par trans­fert hor­i­zon­tal une enzyme qui lui per­met de se pro­téger des phénols tox­iques émis par les plantes, comme l’ont récem­ment démon­tré des col­lègues chi­nois et suiss­es⁴. Cette fois, ce n’est pas une bac­térie qui aurait livré sa solu­tion géné­tique, mais une plante… Il s’agirait d’un trans­fert entre deux organ­ismes eucary­otes, ce qui soulève la ques­tion du mécan­isme sous-jacent.

Intri­g­ant aus­si, le phénomène a été doc­u­men­té entre deux vertébrés. Le hareng de l’Atlantique et deux espèces d’éperlans parta­gent ain­si une pro­téine antigel acquise par trans­fert hor­i­zon­tal⁵. Un exem­ple unique entre vertébrés dans la lit­téra­ture. Mais si l’on ne con­sid­ère pas seule­ment les gènes, mais toutes les séquences du génome, le phénomène ne sem­ble pas si rare.

Pour opér­er un trans­fert hor­i­zon­tal de matériel géné­tique entre deux espèces de vertébrés, en théorie, il faut réu­nir plusieurs con­di­tions : une séquence mobile dans l’espèce don­neuse, un vecteur pour la trans­porter et la pos­si­bil­ité de s’insérer durable­ment dans le génome de l’espèce receveuse, c’est-à-dire dans sa lignée ger­mi­nale afin qu’elle soit trans­mise aux descen­dants de l’individu receveur.

Con­sid­érons les deux pre­miers points, les prob­lèmes de séquences don­neuses et de vecteur. Au côté des gènes, il existe dans les génomes des séquences mobiles ou ayant été mobiles. Elles com­posent d’ailleurs une très grande par­tie des séquences des génomes vertébrés, plus de 50 % du génome humain dérive de telles séquences, ce sont les élé­ments trans­pos­ables. Il s’agit d’ADN non codant, capa­ble de se mou­voir et de se mul­ti­pli­er dans le génome. La plu­part sont désor­mais inac­t­ifs, c’est-à-dire inca­pables de se déplac­er, mais leurs pro­priétés en font des can­di­dats de choix pour par­ticiper aux trans­ferts horizontaux. 

En étu­di­ant les génomes de 200 espèces d’insectes et 300 génomes de vertébrés, nous avons ain­si révélé plus de 2 000 trans­ferts hor­i­zon­taux d’éléments trans­pos­ables entre insectes et plus de 900 entre vertébrés⁶⁷. Pour ces derniers, la plu­part des trans­ferts hor­i­zon­taux con­cer­nent des pois­sons, ce qui sug­gère que cer­tains aspects de leur mode de vie, comme la niche aqua­tique ou la fer­til­i­sa­tion extérieure des œufs, pour­raient être plus favor­ables au phénomène.

Par ailleurs, de petits organ­ismes sont con­nus pour trans­porter du matériel géné­tique. Ce sont les virus. Nous avons donc imag­iné qu’ils pour­raient être les poten­tiels vecteurs des trans­ferts hor­i­zon­taux. L’analyse de 11 virus dif­férents infec­tant des cel­lules en cul­ture ou des ani­maux de lab­o­ra­toire mon­tre que cer­tains sont capa­bles de récupér­er des élé­ments trans­pos­ables de leur hôte⁸. Tous n’en étaient pas capa­bles. Les virus spé­cial­istes des infec­tions chez les humains et les rongeurs n’ont présen­té aucune séquence d’éléments trans­pos­ables appar­tenant au génome humain ou de rats. En revanche, ceux des mouch­es et des papil­lons captent ces séquences : entre 0,1 et 26 % des par­tic­ules virales analysées (en moyenne 5 %) présen­taient des élé­ments trans­pos­ables de leur hôte.

Mais la démon­stra­tion n’est pas com­plète. Pour finalis­er le trans­fert hor­i­zon­tal, encore faut-il que ces virus puis­sent don­ner l’élément trans­pos­able acquis chez l’hôte à un autre hôte receveur. Nous sommes en train d’évaluer cette ques­tion chez une espèce de papil­lon. Nous espérons ain­si pou­voir observ­er com­ment les élé­ments trans­pos­ables évolu­ent en sautant d’une espèce à l’autre.

Si notre hypothèse est con­fir­mée, nous aurons mis au jour un mécan­isme impor­tant de l’évolution des espèces. En per­me­t­tant la trans­mis­sion de matériel géné­tique en dehors de la repro­duc­tion, les virus ne seraient pas seule­ment des acteurs néfastes du vivant. Ils auraient par­ticipé à la diver­sité des génomes. C’est ain­si tout un volet de l’évolution géné­tique que nous explorons.

Propos recueillis par Agnès Vernet