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Publié le 03 décembre 2020 Mis à jour le 03 décembre 2020

Traces généalogiques génomiques – Nos ancêtres les virus [Thèse]

Lorsque la genèse de Spiderman devient scientifiquement plausible

De nombreux travaux montrent que les virus jouent un rôle important dans les processus d’évolution du vivant sur terre par le biais de transferts horizontaux de matériel génétique et la plasticité génomique des organismes.

Votre ADN est un livre ouvert en racontant plus sur vos ancêtres que sur vous-même, dans lequel chacun d’entre eux a laissé une trace, une mutation ou une marque de ce qu’il a vécu, représentant une nouvelle bifurcation sur l’arbre génétique de l’espèce humaine que vous transportez et transmettrez à votre descendance.

L’ensemble de l’information génétique humaine se compose de 30  000 gènes ce qui n’est guère plus que le vers plat c. elegans, la mouche drosophile ou encore la souris. Les gènes codants pour des protéines ne représentent que 2 % de l’ADN total, tandis 98 % de ce dernier est non codant et qu’il est composée à 50 % d’ADN d’origine virale.  

Respirez ! Tout va bien ! Vous êtes toujours la même personne, cela ne vous rend pas plus viral qu’humain. Rassurons-nous, personne ne cherche à développer de vaccin contre l'humanité.   

Ces vestiges viraux, pour la plupart inactifs, sont la conséquence de transferts génétiques horizontaux, lors desquels un organisme reçoit du matériel génétique en provenance d’un autre organisme, ici un virus, pour l’intégrer durablement dans son patrimoine génétique. Une fraction de ces éléments reste mobile et constitue les Éléments Transposables (ET). Ces ET peuvent se copier-coller et se déplacer au sein de l’ADN ; quelques fois en emportant avec eux un gène ou un élément régulateur, participant ainsi à la plasticité du génome de leur hôte. Les éléments mobiles ont grandement participé et participent toujours à l’évolution de nombreuses espèces.

Un ensemble  de modèles biologiques à caractériser

 Dans sa thèse « Étude de transferts horizontaux de matériel génétique entre virus et animaux », Vincent Loiseau traite du sujet passionnant des transferts horizontaux de matériel génétique, sous la forme d'une compilation de publications scientifiques commentées.

Problématique

L’objectif de cette thèse était de disséquer le processus permettant aux virus d’agir comme vecteurs d’ADN entre différents hôtes . Pour cela, l’étudiant a décomposé et exploré ce problème sous différents angles :

    • Comment et pourquoi des ET d’un hôte pourraient transposer dans des génomes viraux ?
    • Quelle est la nature, la diversité, la fréquence et la quantité d’ET pouvant être intégrés et identifiés dans des génomes viraux ?
    • Analyse et caractérisation détaillées d’un transfert horizontal souris-homme vectorisé par rétrovirus murin.

    Pourquoi lire cette thèse

    Le sujet central de cette thèse brise un paradigme de la biologie que de nombreux étudiants pensent encore vrai :  la transmission verticale de l’information génétique. Cette thèse s’intègre dans un corpus de la littérature brisant ce dogme peu à peu, mettant en avant l’infinie complexité du monde du vivant.

    La trame narrative de l’auteur nous entraine dans le déroulement logique de sa pensée dans lequel nous partagerons l’excitation relative à la formulation d’hypothèse, les aléas de la méthode, l’érotisme d’une solution vraisemblable et le sens critique rationnel face à ces derniers qui entremêle échecs, désillusions et espoirs.

    L’auteur rappelle à tous que la recherche est ponctuée d’échecs et met en avant qu’un échec expérimental reste un résultat ne justifiant en rien de refermer la parenthèse sur un projet, mais au contraire, de faire preuve d’imagination pour aller outre les défis rencontrés.

    Extrait

    « Plusieurs milliers de ces transferts horizontaux d’ET ont été identifiés, alors que seulement un exemple de transfert horizontal d’un gène non-ET entre animaux [une protéine antigel partagée entre diverses espèces de poissons] a été décrit à ce jour.
    Les ET sont des éléments génétiques mobiles égoïstes, capables de se déplacer et se dupliquer au sein des génomes. On les classe généralement en deux catégories :
    • les ET de classe I ou rétrotransposons qui transposent par un mécanisme de copier/coller via un intermédiaire ARN ; et
    • les ET de classe II ou transposons à ADN qui transposent par un mécanisme de couper/coller, via un intermédiaire ADN.
    De par les nombreuses séquences répétées d’ET dans les génomes, leur étude s’est révélée et s’avère toujours compliquée car ils entravent l’assemblage de génomes de bonne qualité. Si leur nombre de copies au sein des génomes de métazoaires est variable, on considère que virtuellement tous les eucaryotes portent des ET dans leur génome.

    On peut citer en exemple le génome humain dont on estime qu’environ 50 % correspondent à des ET, ou encore le génome du maïs composé à plus de 85 % d’ET. Les ET sont ainsi une part de l’ADN répété non génique des génomes et ont longtemps été perçus comme inutiles. De plus, les vagues de transposition des ET dans les génomes entrainent souvent des mutations délétères, impactant négativement la valeur sélective de l’hôte.

    Aujourd’hui, cette vision tend à être nuancée au fur et à mesure des études montrant que ces séquences peuvent façonner les génomes hôtes et influencer l’évolution des organismes, en étant une source de mutations, de polymorphisme génétique, de réarrangements chromosomiques et en participant à la régulation de réseaux de gènes. »

    Conclusions principales

    Les résultats n’ont pas permis de mettre en avant tant un patron d’expression qu’une augmentation générale de l’expression des ET globale induite par l’infection virale. Néanmoins, certains ET semblent surexprimés et transcrits conjointement au virus lors de certaines infections. Cela semble montrer que certains ET de l’hôte étudié se sont transposés et ont été transcrits à partir du génome viral, ce qui permettrait une intégration chez un second hôte infecté.

    L’étudiant reste tout de même prudent sur ses conclusions en raison d’une limite méthodologique de séquençage. Il présente, en fin ouverte de cette partie, une élégante théorie de l’utilisation par les cellules des ET comme outils de sabotage de la réplication virale en tant qu’outils immunitaires intracellulaires offrant plus de temps au système immunitaire de l’hôte pour faire face à l’infection.

    La comparaison des données sur différents systèmes virus-hôte montre différentes dynamiques d’insertion d’ET dans les génomes viraux propres à chaque système. La fréquence moyenne d’insertion d’ET dans un virus observé par l’étudiant est inférieure à 10 %, avec pour certains virus des fréquences supérieures à 26 %. Les résultats obtenus montrent que pour certains virus, la quantité de ET pouvant être intégrés représente 25 % de l’ADN viral final. Ainsi, certains systèmes de virus-hôte semblent favorables à la transposition dans les génomes viraux tandis que d’autres le sont moins.

    Le chercheur rapporte pour la première fois un cas de transfert d’éléments mobiles entre deux virus d’espèces différentes au sein d’un même hôte. Cela permet de renforcer la contribution supposée des virus comme vecteurs d’ET et d’expliquer la persistance de ces ET au sein de ceux-ci, constituant des écosystèmes génomiques dynamiques. En outre, l’étudiant met en avant une famille de virus capable d’infecter une variété importante d’hôtes, cependant aucune étude relative au transfert horizontal et à leur fréquence n’a été effectuée sur ces derniers pour le moment.

    Ce travail de recherche est le premier à rapporter de manière détaillée un cas de transfert horizontal interespèce vectorisé par un rétrovirus murin Bxv1 à destination de la lignée cellulaire humaine Hep2-clone 2 B. Ce transfert horizontal réalisé par l’intermédiaire d’un virus peut être vu comme la confirmation de deux étapes clés : l’acquisition d’un morceau du génome hôte par un virus, suivie de l’intégration de ce fragment génomique dans le génome d’un autre hôte. De plus, si cette expérience est reproductible, elle pourrait constituer un modèle d’étude moléculaire intéressant pour de futures recherches.

    Les questions soulevées par cette thèse

    Cette thèse montre l’unité du vivant sur terre, partageant un code commun d’information qui est l’ADN, elle montre également que notre évolution n’est pas uniquement le fruit de simple mutation aléatoire d’une information ancestrale héritée d’un ancêtre commun, mais également de transferts horizontaux vectorisés en partie par des virus.   

    Dans un monde où les OGM sont diabolisés car considérés comme étant contre nature par une partie de l’opinion publique, que penser de ces processus naturels de copier/coller et d’édition génétique intra et interespèces  ? En d’autres mots, qu’est-ce qui est naturel  dans le contexte des modifications génétiques ?

    Note d’humour

    Messieurs, si votre enfant ressemble plus à votre meilleur ami, votre voisin, ou encore votre facteur, ne remettez pas obligatoirement en question la fidélité de votre compagne. Il ne peut s’agir que d’une mauvaise blague virale.

    Source et liens

    Vincent Loiseau. Étude de transferts horizontaux de matériel génétique entre virus et animaux.
    Evolution [q-bio.PE]. Université Paris-Saclay, 2020. Français. ⟨NNT : 2020UPASL018⟩. ⟨tel-02983223⟩

    Lien vers l'archive ouverte de la thèse : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02983223

    Lien vers le PDF de la thèse : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02983223/document

    Lien vers l'équipe de recherche associée à cette thèse : http://www.egce.cnrs-gif.fr/?page_id=4003


    Mots-clés: Virus Évolution Thèse ADN Génomes Infections Biologie Transfert horizontal Transposons Baculovirus Iridovirus Eléments Transposables

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