Le mystère de l'origine des virus

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

Les virus sont à peine vivants. Cependant, leur origine et leur évolution sont encore moins comprises que l'émergence d'organismes cellulaires "normaux". On ignore encore qui sont apparus plus tôt, les premières cellules ou les premiers virus. Peut-être ont-ils toujours accompagné la vie, comme une ombre désastreuse.

Le problème est que les virus ne sont rien de plus que des fragments du génome (ADN ou ARN) enfermés dans une enveloppe protéique. Ils ne laissent aucune trace dans les archives fossiles, et tout ce qui reste pour étudier leur passé, ce sont les virus modernes et leurs génomes.

En comparant, trouvant des similitudes et des différences, les biologistes découvrent des liens évolutifs entre différents virus, déterminent leurs caractéristiques les plus anciennes. Malheureusement, les virus sont exceptionnellement variables et variés. Il suffit de rappeler que leurs génomes peuvent être représentés par des chaînes non seulement d'ADN (comme dans notre pays et, par exemple, les virus de l'herpès), mais aussi une molécule d'ARN apparentée (comme dans les coronavirus).

La molécule d'ADN/ARN dans les virus peut être simple ou segmentée en parties, linéaire (adénovirus) ou circulaire (polyomavirus), simple brin (anellovirus) ou double brin (baculovirus).

Sciences visuelles Virus Influenza A/H1N1

Les structures des particules virales, les particularités de leur cycle de vie et d'autres caractéristiques, qui pourraient être utilisées pour une comparaison ordinaire, ne sont pas moins diverses. Vous pouvez en savoir plus sur la façon dont les scientifiques contournent ces difficultés à la toute fin de cet article. Pour l'instant, rappelons ce que tous les virus ont en commun: ce sont tous des parasites. On ne connaît pas un seul virus capable d'effectuer seul le métabolisme, sans utiliser les mécanismes biochimiques de la cellule hôte.

Aucun virus ne contient de ribosomes capables de synthétiser des protéines, et personne ne porte de systèmes permettant la production d'énergie sous forme de molécules d'ATP. Tout cela les rend obligatoires, c'est-à-dire des parasites intracellulaires inconditionnels: ils sont incapables d'exister par eux-mêmes.

Il n'est pas surprenant que, selon l'une des premières et des plus connues hypothèses, les cellules soient apparues pour la première fois, et alors seulement tout le monde viral diversifié s'est développé sur ce sol.

Régressivement. Du complexe au simple

Jetons un coup d'œil à la rickettsie - également des parasites intracellulaires, bien que des bactéries. De plus, certaines parties de leur génome sont proches de l'ADN, qui est contenu dans les mitochondries des cellules eucaryotes, dont l'homme. Apparemment, les deux avaient un ancêtre commun, mais le fondateur de la "lignée des mitochondries", infectant la cellule, ne l'a pas tué, mais a été accidentellement conservé dans le cytoplasme.

En conséquence, les descendants de cette bactérie ont perdu une masse de gènes plus inutiles et se sont dégradés en organites cellulaires qui fournissent aux hôtes des molécules d'ATP en échange de tout le reste. L'hypothèse "régressive" de l'origine des virus estime qu'une telle dégradation aurait pu arriver à leurs ancêtres: une fois des organismes cellulaires complètement à part entière et indépendants, au cours de milliards d'années de vie parasitaire, ils ont tout simplement perdu tout le superflu.

Cette vieille idée a été ravivée par la découverte récente de virus géants tels que les pandoravirus ou les mimivirus. Ils sont non seulement très volumineux (le diamètre des particules du mimivirus atteint 750 nm - à titre de comparaison, la taille du virus de la grippe est de 80 nm), mais ils portent également un génome extrêmement long (1,2 million de liaisons nucléotidiques dans le mimivirus contre plusieurs centaines dans virus courants), codant pour plusieurs centaines de protéines.

Parmi eux, il existe également des protéines nécessaires à la copie et à la "réparation" (réparation) de l'ADN, à la production d'ARN messager et de protéines.

Ces parasites sont beaucoup moins dépendants de leurs hôtes, et leur origine d'ancêtres libres semble beaucoup plus convaincante. Cependant, de nombreux experts estiment que cela ne résout pas le problème principal - tous les gènes "supplémentaires" pourraient apparaître plus tard à partir de virus géants, empruntés aux propriétaires.

Après tout, il est difficile d'imaginer une dégradation parasitaire qui pourrait aller aussi loin et affecter même la forme du porteur du code génétique et conduire à l'émergence de virus à ARN. Il n'est pas surprenant qu'une autre hypothèse sur l'origine des virus soit également respectée - tout le contraire.

Progressive. Du simple au complexe

Jetons un coup d'œil aux rétrovirus, dont le génome est une molécule d'ARN simple brin (par exemple, le VIH). Une fois dans la cellule hôte, ces virus utilisent une enzyme spéciale, la transcriptase inverse, qui la convertit en un double ADN ordinaire, qui pénètre ensuite dans le "saint des saints" de la cellule - dans le noyau.

C'est là qu'une autre protéine virale, l'intégrase, entre en jeu et insère les gènes viraux dans l'ADN de l'hôte. Ensuite, les propres enzymes de la cellule commencent à travailler avec elles: elles produisent de nouveaux ARN, synthétisent des protéines sur leur base, etc.

Sciences visuellesVirus de l'immunodéficience humaine (VIH)

Ce mécanisme ressemble à la reproduction d'éléments génétiques mobiles - des fragments d'ADN qui ne portent pas les informations dont nous avons besoin, mais qui sont stockés et accumulés dans notre génome. Certains d'entre eux, les rétrotransposons, sont même capables de s'y multiplier, se propageant avec de nouvelles copies (plus de 40 pour cent de l'ADN humain est constitué de ces éléments « poubelles »).

Pour cela, ils peuvent contenir des fragments codant pour les deux enzymes clés - la transcriptase inverse et l'intégrase. En fait, ce sont des rétrovirus presque prêts à l'emploi, dépourvus uniquement d'une enveloppe protéique. Mais son acquisition est une question de temps.

Incorporés ici et là dans le génome, des éléments génétiques mobiles sont tout à fait capables de capturer de nouveaux gènes hôtes. Certains d'entre eux pourraient convenir à la formation de capsides. De nombreuses protéines ont tendance à s'auto-assembler en structures plus complexes. Par exemple, la protéine ARC, qui joue un rôle important dans le fonctionnement des neurones, se replie spontanément sous forme libre en particules de type virus pouvant même transporter de l'ARN à l'intérieur. On suppose que l'incorporation de telles protéines pourrait se produire environ 20 fois, donnant naissance à de grands groupes modernes de virus qui diffèrent par la structure de leur enveloppe.

Parallèle. L'ombre de la vie

Cependant, l'hypothèse la plus jeune et la plus prometteuse bouleverse à nouveau tout, en supposant que les virus sont apparus au plus tard dans les premières cellules. Il y a bien longtemps, alors que la vie n'était pas encore allée si loin, la proto-évolution de molécules auto-répliquantes, capables de se copier, se déroulait dans la "soupe primordiale".

Peu à peu, ces systèmes sont devenus plus complexes, se transformant en complexes moléculaires de plus en plus grands. Et dès que certains d'entre eux ont acquis la capacité de synthétiser une membrane et sont devenus des proto-cellules, d'autres - les ancêtres des virus - sont devenus leurs parasites.

Cela s'est produit à l'aube de la vie, bien avant la séparation des bactéries, des archées et des eucaryotes. Par conséquent, leurs virus (et très différents) infectent des représentants des trois domaines du monde vivant, et parmi les virus, il peut y avoir tellement de virus contenant de l'ARN: ce sont les ARN qui sont considérés comme des molécules "ancestrales", l'auto-réplication et l'évolution qui a conduit à l'émergence de la vie.

Les premiers virus pourraient être de telles molécules d'ARN « agressives », qui n'ont acquis que plus tard des gènes codant pour des enveloppes protéiques. En effet, il a été démontré que certains types de coquilles peuvent être apparus avant même le dernier ancêtre commun de tous les organismes vivants (LUCA).

Cependant, l'évolution des virus est un domaine encore plus déroutant que l'évolution du monde entier des organismes cellulaires. Il est très probable que, à leur manière, les trois points de vue sur leur origine soient vrais. Ces parasites intracellulaires sont si simples et en même temps divers que différents groupes pourraient apparaître indépendamment les uns des autres, au cours de processus fondamentalement différents.

Par exemple, les mêmes virus géants contenant de l'ADN pourraient survenir à la suite de la dégradation de cellules ancestrales et de certains rétrovirus contenant de l'ARN - après avoir "acquis leur indépendance" par des éléments génétiques mobiles. Mais il est possible que l'on doive l'apparition de cette menace éternelle à un tout autre mécanisme, non encore découvert et inconnu.

Génomes et gènes. Comment l'évolution des virus est étudiée

Malheureusement, les virus sont incroyablement volatils. Ils manquent de systèmes pour réparer les dommages à l'ADN, et toute mutation reste dans le génome, sujette à une sélection plus poussée. De plus, différents virus qui infectent la même cellule échangent facilement des fragments d'ADN (ou d'ARN), donnant naissance à de nouvelles formes recombinantes.

Enfin, le changement générationnel se produit exceptionnellement rapidement - par exemple, le VIH a un cycle de vie de seulement 52 heures, et il est loin d'être le plus court. Tous ces facteurs assurent la variabilité rapide des virus, ce qui complique grandement l'analyse directe de leurs génomes.

Dans le même temps, une fois dans une cellule, les virus ne lancent souvent pas leur programme parasitaire habituel - certains sont conçus de cette manière, d'autres à cause d'une défaillance accidentelle. Dans le même temps, leur ADN (ou ARN, préalablement converti en ADN) peut s'intégrer dans les chromosomes de l'hôte et s'y cacher, se perdant parmi les nombreux gènes de la cellule elle-même. Parfois, le génome viral est réactivé, et parfois il reste sous une forme latente, transmis de génération en génération.

On pense que ces rétrovirus endogènes représentent jusqu'à 5 à 8 % de notre propre génome. Leur variabilité n'est plus si grande - l'ADN cellulaire ne change pas si rapidement et le cycle de vie des organismes multicellulaires atteint des dizaines d'années, pas des heures. Par conséquent, les fragments qui sont stockés dans leurs cellules sont une source précieuse d'informations sur le passé des virus.

Un domaine séparé et encore plus jeune est la protéomique des virus - l'étude de leurs protéines. Après tout, après tout, n'importe quel gène n'est qu'un code pour une certaine molécule de protéine requise pour exécuter certaines fonctions. Certains "s'ajustent" comme des pièces de Lego, repliant l'enveloppe virale, d'autres peuvent lier et stabiliser l'ARN viral, et d'autres encore peuvent être utilisés pour attaquer les protéines d'une cellule infectée.

Les sites actifs de ces protéines sont responsables de ces fonctions, et leur structure peut être très conservatrice. Il conserve une grande stabilité tout au long de l'évolution. Même les parties individuelles des gènes peuvent changer, mais la forme du site protéique, la distribution des charges électriques qu'il contient - tout ce qui est essentiel pour l'exécution de la fonction souhaitée - reste presque la même. En les comparant, on peut trouver les connexions évolutives les plus éloignées.