La montée des variantes du coronavirus a mis en évidence l'énorme influence de la biologie évolutive sur la vie quotidienne. Mais comment les mutations, le hasard et la sélection naturelle produisent des variantes est un processus compliqué, et il y a eu beaucoup de confusion sur comment et pourquoi de nouvelles variantes émergent.

Jusqu'à récemment, l'exemple le plus célèbre d'évolution rapide était l'histoire du papillon poivré. Au milieu des années 1800, des usines de Manchester, en Angleterre, ont commencé à recouvrir l'habitat du papillon de suie, et la coloration blanche normale du papillon les a rendus visibles pour les prédateurs. Mais certains papillons avaient une mutation qui les rendait plus sombres. Comme ils étaient mieux camouflés dans leur nouveau monde, ils pouvaient échapper aux prédateurs et se reproduire plus que leurs homologues blancs.

Un nombre massif de nouvelles infections à COVID-19, et non de vaccins, est le principal moteur des nouvelles variantes de coronavirus

Nous sommes un biologiste de l'évolution et un épidémiologiste des maladies infectieuses à l'Université de Pittsburgh qui travaillons ensemble pour suivre et contrôler l'évolution des agents pathogènes. Au cours de la dernière année et demie, nous avons suivi de près la façon dont le coronavirus a acquis différentes mutations à travers le monde.

Il est naturel de se demander si des vaccins COVID-19 très efficaces conduisent à l'émergence de variantes qui échappent au vaccin – comme les mites poivrées échappaient aux oiseaux qui les chassaient. Mais avec un peu moins de 40 % des personnes dans le monde ayant reçu une dose d'un vaccin – seulement 2 % dans les pays à faible revenu – et près d'un million de nouvelles infections survenant chaque jour dans le monde, l'émergence de nouvelles variantes plus contagieuses, comme delta, est entraîné par une transmission incontrôlée, et non par des vaccins.

Pour tout organisme, y compris un virus, copier son code génétique est l'essence de la reproduction - mais ce processus est souvent imparfait. Les coronavirus utilisent l'ARN pour leur information génétique, et la copie de l'ARN est plus sujette aux erreurs que l'utilisation de l'ADN. Les chercheurs ont montré que lorsque le coronavirus se réplique, environ 3% des nouvelles copies de virus ont une nouvelle erreur aléatoire, également connue sous le nom de mutation.

Chaque infection produit des millions de virus dans le corps d'une personne, conduisant à de nombreux coronavirus mutés. Cependant, le nombre de virus mutés est éclipsé par le nombre beaucoup plus important de virus qui sont identiques à la souche qui a déclenché l'infection.

Presque toutes les mutations qui se produisent sont des problèmes inoffensifs qui ne changent pas le fonctionnement du virus - et d'autres en fait nuisent au virus. Une petite fraction des changements peut rendre le virus plus infectieux, mais ces mutants doivent également avoir de la chance. Pour donner naissance à une nouvelle variante, elle doit réussir à sauter à une nouvelle personne et à reproduire de nombreuses copies.

La plupart des virus chez une personne infectée sont génétiquement identiques à la souche qui a déclenché l'infection. Il est beaucoup plus probable qu'une de ces copies - pas une mutation rare - soit transmise à quelqu'un d'autre. La recherche a montré que presque aucun virus muté n'est transmis de son hôte d'origine à une autre personne.

Et même si un nouveau mutant provoque une infection, les virus mutants sont généralement plus nombreux que les virus non mutants dans le nouvel hôte et ne sont généralement pas transmis à la personne suivante.

La faible probabilité qu'un mutant soit transmis est appelée " goulet d'étranglement de la population ". Le fait que ce ne soit qu'un petit nombre de virus qui déclenchent la prochaine infection est le facteur aléatoire critique qui limite la probabilité que de nouvelles variantes apparaissent. La naissance de chaque nouvelle variante est un événement fortuit impliquant une erreur de copie et un événement de transmission improbable. Sur les millions de copies de coronavirus chez une personne infectée, il est peu probable qu'un mutant plus en forme soit parmi les rares à se propager à une autre personne et à s'amplifier en une nouvelle variante.

Malheureusement, la propagation incontrôlée d'un virus peut surmonter même les goulots d'étranglement les plus étroits. Alors que la plupart des mutations n'ont aucun effet sur le virus, certaines peuvent et ont augmenté la contagiosité du coronavirus. Si une souche à propagation rapide est capable de provoquer un grand nombre de cas de COVID-19 quelque part, elle commencera à concurrencer les souches moins contagieuses et à générer une nouvelle variante – tout comme la variante delta l'a fait.

De nombreux chercheurs étudient quelles mutations conduisent à des versions plus transmissibles du coronavirus. Il s'avère que les variantes ont tendance à avoir plusieurs des mêmes mutations qui augmentent la quantité de virus qu'une personne infectée produit. Avec plus d'un million de nouvelles infections survenant chaque jour et des milliards de personnes toujours non vaccinées, les hôtes sensibles sont rarement en nombre insuffisant. Ainsi, la sélection naturelle favorisera les mutations qui pourront exploiter toutes ces personnes non vaccinées et rendre le coronavirus plus transmissible.

Dans ces circonstances, le meilleur moyen de freiner l'évolution du coronavirus est de réduire le nombre d'infections.

La variante delta s'est répandue dans le monde entier et les prochaines variantes sont déjà à la hausse. Si l'objectif est de limiter les infections, les vaccins sont la réponse.

Même si les personnes vaccinées peuvent toujours être infectées par la variante delta, elles ont tendance à subir des infections plus courtes et plus bénignes que les personnes non vaccinées. Cela réduit considérablement les chances que tout virus muté – soit celui qui rend le virus plus transmissible, soit celui qui pourrait lui permettre de passer l'immunité contre les vaccins – de sauter d'une personne à une autre.

Finalement, lorsque presque tout le monde a une certaine immunité contre le coronavirus grâce à la vaccination, les virus qui brisent cette immunité pourraient acquérir un avantage concurrentiel par rapport aux autres souches. Il est théoriquement possible que dans cette situation, la sélection naturelle conduise à des variantes qui peuvent infecter et provoquer des maladies graves chez les personnes vaccinées.

Cependant, ces mutants doivent encore échapper au goulot d'étranglement de la population. Il est peu probable que l'immunité induite par le vaccin soit le principal acteur de l'émergence de variantes tant qu'il y aura beaucoup de nouvelles infections. C'est simplement un jeu de chiffres, et pour l'instant, le modeste avantage que le virus tirerait de l'évasion vaccinale est éclipsé par les vastes possibilités d'infecter des personnes non vaccinées.

Le monde a déjà été témoin de la relation entre le nombre d'infections et l'augmentation des mutants. Le coronavirus est resté essentiellement inchangé pendant des mois jusqu'à ce que la pandémie devienne incontrôlable. Avec relativement peu d'infections, le code génétique avait des possibilités limitées de muter. Mais au fur et à mesure que les grappes d'infection ont explosé, le virus a lancé les dés des millions de fois et certaines mutations ont produit des mutants plus aptes.

La meilleure façon d'arrêter les nouvelles variantes est d'arrêter leur propagation, et la réponse à cela est la vaccination.

Vaughn Cooper est professeur de microbiologie et de génétique moléculaire et Lee Harrison est un professeur d'épidémiologie, de médecine, de maladies infectieuses et de microbiologie à l'Université de Pittsburgh. Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons.