Mya Breitbart a chassé de nouveaux virus dans les termitières africaines, les phoques de l'Antarctique et l'eau de la mer Rouge. Mais pour frapper la saleté, elle n'a qu'à entrer dans son jardin arrière en Floride. Autour de sa piscine se trouvent des orbweavers à dos épineux (Gasteracantha cancriformis) - des araignées frappantes avec des corps blancs bulbeux, des taches noires et six pointes écarlates qui les font ressembler à une pièce d'arme médiévale. Ce qui était encore plus frappant pour Breitbart, un écologiste viral à l'Université de Floride du Sud à Saint-Pétersbourg, était ce qu'il y avait à l'intérieur. Lorsqu'elle et ses collègues ont collecté quelques araignées et les ont broyées, ils ont trouvé deux virus jusque-là inconnus de la science1.

Bien que nous, les humains, nous concentrions sur un virus particulièrement méchant depuis le début de 2020, il existe des légions d'autres virus qui attendent d'être découverts. Les scientifiques estiment qu'il y a environ 1031 particules virales individuelles habitant les seuls océans à un moment donné, soit 10 milliards de fois le nombre estimé d'étoiles dans l'Univers connu.

les découvertes de virus transforment la biologie

Il devient clair que les écosystèmes et les organismes dépendent des virus. Minuscules mais puissants, ils ont alimenté l'évolution pendant des millions d'années en faisant circuler des gènes entre les hôtes. Dans les océans, ils découpent des micro-organismes ouverts, déversant leur contenu dans la mer et inondant le réseau trophique de nutriments. "Sans virus", déclare Curtis Suttle, virologue à l'Université de la Colombie-Britannique à Vancouver, Canada, "nous ne serions pas en vie".

Il n'y a que 9 110 espèces nommées répertoriées par le Comité international de taxonomie des virus (ICTV), mais c'est évidemment une fraction pitoyable du total. Cela s'explique en partie par le fait que la classification officielle d'un virus exigeait des scientifiques qu'ils cultivent un virus dans son hôte ou ses cellules hôtes - un processus long, voire impossible. C'est aussi parce que la recherche a été biaisée vers les virus qui causent des maladies chez les humains ou les organismes qui nous tiennent à cœur, tels que les animaux de ferme et les plantes cultivées. Pourtant, comme nous l'a rappelé la pandémie de COVID-19, il est important de comprendre les virus qui pourraient passer d'un hôte à un autre, nous menaçant, nous, nos animaux ou nos cultures.

Au cours des dix dernières années, le nombre de virus connus et nommés a explosé, grâce aux progrès technologiques pour les trouver, ainsi qu'à une modification récente des règles d'identification de nouvelles espèces, pour permettre la dénomination sans avoir à cultiver le virus et l'hôte. L'une des techniques les plus influentes est la métagénomique, qui permet aux chercheurs d'échantillonner les génomes dans un environnement sans avoir à cultiver des virus individuels. Les nouvelles technologies, telles que le séquençage à un seul virus, ajoutent encore plus de virus à la liste, y compris certains qui sont étonnamment courants mais restés cachés jusqu'à présent. C'est une période passionnante pour faire ce genre de recherche, dit Breitbart. "Je pense, à bien des égards, que c'est maintenant le temps du virome."

Rien qu'en 2020, l'ICTV a ajouté 1 044 espèces à sa liste officielle, et des milliers d'autres attendent une description et un nom. Cette prolifération des génomes a incité les virologues à repenser leur classification des virus et a permis de clarifier leur évolution. Il existe des preuves solides que les virus sont apparus plusieurs fois, plutôt que de germer à partir d'une seule origine.

Même ainsi, la véritable gamme du monde viral reste pour la plupart inexplorée, explique Jens Kuhn, virologue à l'Institut national américain des allergies et des maladies infectieuses à Fort Detrick, Maryland. "Nous n'avons vraiment aucune idée de ce qui se passe là-bas."

Ici et partout

Tous les virus ont deux choses en commun : chacun enveloppe son génome dans une coquille à base de protéines, et chacun compte sur son hôte - que ce soit une personne, une araignée ou une plante - pour se reproduire. Mais au-delà de ce schéma général se trouvent des variations infinies.

Il existe de minuscules circovirus avec seulement deux ou trois gènes, et des mimivirus massifs qui sont plus gros que certaines bactéries et portent des centaines de gènes. Il existe des phages ressemblant à des atterrisseurs lunaires qui infectent les bactéries et, bien sûr, les boules hérissées tueuses que le monde connaît maintenant douloureusement. Il existe des virus qui stockent leurs gènes sous forme d'ADN, et d'autres qui utilisent de l'ARN ; il existe même un phage qui utilise un alphabet génétique alternatif, remplaçant la base chimique A dans le système ACGT standard par une molécule différente, désignée Z.

Sur terre, le dégel du pergélisol est une source majeure de carbone, dit Sullivan, et les virus semblent jouer un rôle déterminant dans la libération de carbone par les microbes dans cet environnement. En 2018, lui et ses collègues ont décrit 1907 génomes et fragments viraux collectés lors du dégel du pergélisol en Suède, y compris des gènes de protéines qui pourraient influencer la décomposition des composés carbonés et, potentiellement, devenir des gaz à effet de serre10.

Les virus peuvent également influencer d'autres organismes en remuant leurs génomes. Par exemple, lorsque des virus transfèrent des gènes de résistance aux antibiotiques d'une bactérie à une autre, des souches résistantes aux médicaments peuvent prendre le relais. Au fil du temps, ce type de transfert peut créer des changements évolutifs majeurs dans une population, explique Camarillo-Guerrero. Et pas seulement dans les bactéries - on estime que 8% de l'ADN humain est d'origine virale. Par exemple, nos ancêtres mammifères ont acquis un gène essentiel pour le développement placentaire à partir d'un virus.

Pour de nombreuses questions sur les modes de vie viraux, les scientifiques auront besoin de plus que de simples génomes. Ils devront trouver les hôtes du virus. Un virus lui-même peut contenir des indices : il peut contenir un morceau reconnaissable du matériel génétique de l'hôte dans son propre génome, par exemple.

Martinez-Garcia et ses collègues ont utilisé la génomique unicellulaire pour identifier les microbes qui contenaient le virus 37-F6 nouvellement découvert. L'hôte est également l'un des organismes marins les plus abondants et les plus diversifiés, une bactérie connue sous le nom de Pelagibacter11. Dans certaines eaux, Pelagibacter représente la moitié des cellules présentes. Si ce seul type de virus disparaissait soudainement, dit Martinez-Garcia, la vie océanique serait fortement déséquilibrée.

Pour comprendre le plein impact d'un virus, les scientifiques doivent déterminer comment il change d'hôte, explique Alexandra Worden, écologiste évolutionniste au GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research à Kiel, en Allemagne. Elle étudie des virus géants qui portent des gènes pour des protéines de récolte de lumière appelées rhodopsines. Théoriquement, ces gènes pourraient être utiles aux hôtes - à des fins telles que le transfert d'énergie ou la signalisation - mais les séquences ne peuvent pas le confirmer. Pour savoir ce qui se passe avec ces gènes de rhodopsine, Worden prévoit de cultiver l'hôte et le virus ensemble, et d'étudier comment la paire fonctionne dans l'état combiné « virocellule ». "La biologie cellulaire est le seul moyen de dire quel est ce véritable rôle, comment cela affecte-t-il vraiment le cycle du carbone", dit-elle.

De retour en Floride, Breitbart n'a pas cultivé ses virus d'araignées, mais elle en a appris plus à leur sujet. La paire de virus appartient à une catégorie que Breitbart appelle ahurissante pour leurs minuscules génomes circulaires, codant pour un seul gène pour leur enveloppe protéique et un pour leur protéine de réplication. L'un des virus se trouve uniquement dans le corps de l'araignée, jamais dans ses pattes, elle pense donc qu'il infecte en fait une créature que l'araignée mange. L'autre virus se trouve dans tout le corps de l'araignée, ainsi que dans ses œufs et ses araignées, elle pense donc qu'il est transmis des parents à la progéniture12. Cela ne semble pas leur faire de mal, pour autant que Breitbart puisse en juger.

Avec les virus, "les trouver est en fait la partie la plus facile", dit-elle. Il est beaucoup plus délicat de déterminer comment les virus influencent les cycles de vie de l'hôte et l'écologie. Mais d'abord, les virologues doivent répondre à l'une des questions les plus difficiles de toutes, dit Breitbart  : « Comment choisissez-vous laquelle étudier ? »