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 ».