Comment les mutations génétiques ont rendu le coronavirus mortel – Numéro 83: Intelligence

Lavant les premiers rapports d’une nouvelle maladie pseudo-grippale dans la province chinoise du Hubei, une chauve-souris – ou peut-être une colonie entière – survolait la région transportant un nouveau type de coronavirus. À l’époque, le virus n’était pas encore dangereux pour l’homme. Puis, vers la fin de novembre, il a subi une légère mutation supplémentaire, évoluant vers la souche virale que nous appelons maintenant SARS-CoV-2. Avec ce flip d’ARN viral, c’est ainsi qu’a commencé la pandémie de COVID-19.

Comme dans presque toutes les épidémies, les mutations qui ont déclenché cette crise mondiale n’ont pas été détectées au début, même si la famille des coronavirus était déjà connue pour provoquer une variété de maladies humaines. “Ces virus ont longtemps été sous-étudiés et n’ont pas reçu l’attention ou le financement qu’ils méritaient”, m’a expliqué Craig Wilen, virologue à l’Université de Yale.

Un coronavirus de chauve-souris a provoqué l’épidémie de SRAS qui a terrifié une grande partie du monde et tué 774 personnes en 2002 et 2003 avant qu’il ne soit maîtrisé. Depuis lors, il y a eu des poussées régulières du syndrome respiratoire du Moyen-Orient ou MERS, causées par un autre coronavirus de chauve-souris qui passe à travers les chameaux; depuis 2012, il a tué 884 personnes. La plupart des recherches sur les pandémies potentielles ont néanmoins continué de se concentrer sur les virus de la grippe, tels que la grippe aviaire, car ils entraînent un nombre important de morts par an. COVID-19 expose les dangers d’une telle approche résolue.

NE FAIS PAS DE MAL: Les chauves-souris (comme la chauve-souris en fer à cheval vue ici, courante en Chine) portent des dizaines de virus dans la famille des coronavirus. La plupart des virus vivent en harmonie avec leurs hôtes et ne causent aucun dommage.Taylor, Stoffberg, Monadjem, Schoeman, Bayliss & Cotterill / Wikimedia

Quelques scientifiques ont tenté de tirer la sonnette d’alarme. Dans une étude de 2015, l’épidémiologiste Ralph Baric et ses collègues de l’Université de Caroline du Nord ont analysé les génomes des coronavirus de chauve-souris et averti: «Nos travaux suggèrent un risque potentiel de réémergence du SRAS-CoV à partir de virus circulant actuellement dans les populations de chauves-souris.»1 Un deuxième article du même groupe, l’année suivante, a averti qu’une autre maladie de type SRAS causée par des coronavirus de chauve-souris était «prête à l’émergence humaine».2

Les chauves-souris sont bien connues comme réservoir de nouvelles maladies humaines potentielles. Les animaux transportent des dizaines, voire des centaines, de membres de la famille des coronavirus. La plupart de ces virus font partie du microbiome normal des chauves-souris, vivant en harmonie avec leurs hôtes et ne causant aucun dommage. Mais les coronavirus, comme toutes les formes de vie, accumulent des changements génétiques aléatoires à mesure qu’ils se reproduisent. Parfois, les mutations permettent aux virus d’infecter d’autres animaux (y compris les humains) et de remporter la grande victoire dans la sélection naturelle: produire de plus en plus de descendants.

Une victoire pour le virus, bien sûr. Pour nous, pas tellement.

TDeux mutations critiques dans le coronavirus de chauve-souris nous ont mis sur la voie de la pandémie de COVID-19. Le premier a modifié la structure des structures en forme de pointes qui dépassent du virus. Ces protubérances donnent au virus son nom de famille: «Corona» signifie «couronne» en latin. Les pointes modifiées permettent au virus de s’accrocher à une protéine appelée ACE2, qui tapisse les voies respiratoires.3 Le virus apparenté responsable de l’épidémie de SRAS utilise un mécanisme d’infection similaire, tout comme un autre coronavirus de chauve-souris qui provoque des rhumes communs chez l’homme.

La deuxième mutation clé a permis au coronavirus de développer une dague protéique appelée furine, qui peut couper à travers d’autres protéines pour que le virus se lie étroitement aux cellules de la gorge et des poumons.4 La protéine furine est ce qui a rendu le virus COVID-19 si infectieux et mortel pour l’homme. En ce sens, le SRAS-CoV-2 est similaire à l’anthrax et à divers flus d’oiseaux qui dépendent également des furines pour mener à bien leur infection.

Deux mutations critiques dans le coronavirus de chauve-souris nous ont mis sur la voie de COVID-19.

Ces mutations auraient pu se produire alors que le virus circulait chez les chauves-souris. Il est également possible qu’une ou les deux mutations aient éclaté chez une personne infectée par une version antérieure du virus, mais qui ne présentait aucun symptôme. Très probablement, il y avait un hôte intermédiaire entre les chauves-souris et les humains. Le pangolin, une créature prisée en Chine pour sa viande et pour la prétendue valeur médicinale de ses écailles, est un candidat fort. Les épidémiologistes soupçonnent que quelqu’un a acheté un pangolin dans l’un des «marchés humides» de Wuhan et a été infecté en le consommant, déclenchant la chaîne de transmission.

Pour l’instant, cette histoire de l’émergence de COVID-19 est une hypothèse. “Je suppose que nous ne le saurons jamais”, a déclaré Wilen, car nous n’avons pas suffisamment d’échantillons de virus chez les chauves-souris, les humains et les hôtes intermédiaires potentiels. Mais le récit s’accorde avec les moyens que la plupart des agents pathogènes transfèrent entre les espèces. Ce processus de saut d’espèce, appelé zoonose, représente 60% des maladies humaines et 75% des nouvelles infections émergentes.


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Le récit concorde également avec de nouvelles études détaillées du virus utilisant les outils de l’épidémiologie génétique.5 La nature fournit une horloge pratique qui aide les chercheurs à essayer de reconstruire l’histoire évolutive et le développement de virus tels que COVID-19. Chaque génome mute à un taux de fond prévisible. La plupart des mutations ne produisent aucun effet significatif sur la biologie de l’organisme, mais tick-tick-tick des changements génétiques permettent aux scientifiques de construire l’ordre dans lequel différentes souches ou espèces divergent les unes des autres. Avec cette information en main, ils peuvent ensuite construire un arbre phylogénétique – un diagramme de branchement qui décrit les relations évolutives.

Le 10 janvier, un groupe de chercheurs chinois et australiens a publié la première séquence du nouveau virus (alors sans nom) de l’épidémie de Wuhan sur GenBank, une source de données génétiques accessible au public. D’autres séquences de Wuhan ont rapidement suivi, permettant à Trevor Bedford au Fred Hutchinson Cancer Research Center de Seattle de commencer à construire un arbre phylogénétique du virus que nous appelons maintenant SARS-CoV-2.

Jusqu’à présent, rien n’indique que le virus devienne plus mortel ou infectieux.

Si l’épidémie était causée par plusieurs virus qui avaient émergé de plusieurs sources, il y aurait une grande diversité génétique. En réalité, Bedford a peu vu. “Très tôt, il était clair que les génomes nCoV n’avaient pas la diversité génétique attendue qui se produirait avec des événements zoonotiques répétés à partir d’un réservoir animal diversifié”, a-t-il déclaré. Ses recherches ont progressé rapidement. Le 13 janvier, les premiers cas de COVID-19 sont apparus hors de Chine, en Thaïlande. En ajoutant ces deux cas dans sa base de données, Bedford a conclu que le monde était confronté à une épidémie d’une nouvelle maladie mortelle.

“La conclusion d’une propagation interhumaine soutenue est devenue difficile à ignorer le 17 janvier, lorsque les nouveaux génomes de coronavirus de deux cas de voyage en Thaïlande qui n’ont signalé aucune exposition sur le marché ont montré la même diversité génétique limitée”, a-t-il déclaré. «Ces données génomiques représentaient l’une des premières et des plus fortes indications d’une propagation épidémique soutenue. Comme cela est devenu clair pour moi, j’ai passé la semaine du 20 janvier à alerter tous les responsables de la santé publique que je connais. »

Presque personne n’a écouté. «Je me souviens avoir été sidéré par la définition étroite et les tests restreints», se souvient Bedford. Les États-Unis n’ont déclaré l’état d’urgence que le 13 mars.

Bedford essaie maintenant d’aider aux prochaines étapes pour contenir et combattre la pandémie de COVID-19. Lui et son équipe dirigent un projet appelé Nexstrain qui suit plusieurs agents pathogènes, dont la grippe, la tuberculose, le virus du Nil occidental et maintenant le SRAS-CoV-2. Au 20 mars, l’arbre phylogénétique du SARS-CoV-2 comprenait 855 séquences du génome de différentes souches. Les séquences génétiques répertoriées dans Nexstrain et dans d’autres bases de données génomiques permettront aux spécialistes des maladies infectieuses de surveiller tout changement inquiétant du virus.

Jusqu’à présent, rien n’indique que le virus soit de plus en plus mortel ou infectieux, bien qu’il ne le soit pas moins. La quasi-stase est typique d’un nouveau pathogène humain. D’un point de vue évolutif, SARS-CoV-2 fait déjà un excellent travail de reproduction. Il ressent donc peu de pression évolutive pour changer. Les virus continueront de faire leur travail jusqu’à ce qu’ils soient confinés ou jusqu’à ce qu’ils aient tué leurs hôtes.

Un modèle sur la façon dont COVID-19 pourrait changer provient du VIH / SIDA.

“Bien qu’aucune des mutations COVID-19 ne semble particulièrement intéressante, il y a quelques choses à surveiller”, a déclaré Bedford. Il est particulièrement vigilant dans la surveillance de toute mutation dans la protéine de pointe, ce qui aurait de grandes implications pour le développement de vaccins.

La saison de la grippe illustre l’impact potentiel des mutations virales. Les virus grippaux parviennent à infecter les gens en permanence parce que les protéines à leur surface changent constamment. Votre système immunitaire ne reconnaît pas les protéines réorganisées des virus, vous avez donc besoin d’un nouveau vaccin contre la grippe chaque année. Heureusement, SARS-CoV-2 est un peu différent. Les virus de la grippe ont un ensemble de gènes beaucoup plus petit et ils circulent constamment entre plusieurs espèces: porcs, oiseaux et personnes. Ces deux attributs rendent les mutations plus probables dans la grippe que dans les coronavirus, qui contiennent l’un des plus grands génomes viraux à ARN et qui franchissent les barrières d’espèces beaucoup moins souvent.

Un meilleur modèle sur la façon dont COVID-19 pourrait changer provient de la plus grande pandémie des temps modernes: le VIH / SIDA. En raison de certains des travaux d’épidémiologie génomique les plus élégants jamais réalisés, nous savons que l’ancêtre du VIH avait vécu sans danger chez les singes avant de sauter chez les chimpanzés, probablement à travers un repas mal avisé.6 Chez les chimpanzés, le virus a évolué vers quelque chose de proche du VIH moderne. Vers 1931, le sida est apparu pour la première fois chez un être humain dans le sud-ouest du Cameroun; peut-être que quelqu’un massacrait un chimpanzé pour se nourrir et avait été coupé. Le VIH est resté rare chez l’homme en Afrique rurale jusqu’à son entrée dans la ville de Kinshasa, dans l’actuelle République démocratique du Congo. Une fois arrivé en milieu urbain, la transmission du virus a explosé, d’abord dans le monde puis dans le monde.

Lorsque le VIH a été découvert en 1981, de nombreuses personnes craignaient qu’il ne se transforme en quelque chose de plus mortel, peut-être une forme aéroportée. Personne ne savait alors que le virus existait déjà depuis quatre décennies sans beaucoup changer. Quatre décennies plus tard, le VIH n’est plus devenu mortel ou infectieux, mais il a encore infecté 75 millions de personnes et tué 32 millions de personnes. Ce sont des chiffres qui font réfléchir alors que nous sommes confrontés à une autre maladie qui est passée des animaux aux humains. Même si le virus COVID-19 se révèle évoluer lentement, comme le VIH, il faudra peut-être des années pour être complètement maîtrisé. Et de nombreuses autres flambées de maladies qui traversent les espèces sont probablement dues à la croissance démographique et à l’empiètement humain sur les environnements sauvages.

Allons-nous apprendre nos leçons? Si vous êtes virologue, vous aurez sûrement beaucoup plus de facilité à obtenir des fonds pour étudier les coronavirus, du moins pendant un certain temps. Presque tous les pays parlent de renforcer leur préparation à une autre pandémie. Et peu après le début de l’épidémie actuelle, le gouvernement chinois a arrêté les ventes d’animaux vivants à des fins alimentaires et médicinales sur les marchés humides peu réglementés.

Là encore, la Chine a fait de même après l’épidémie de SRAS, lorsque les épidémiologistes ont déduit que le virus a commencé chez les chauves-souris et s’est propagé à travers un animal félin appelé civette, également vendu sur les marchés humides. Au fil des ans, la tradition et la corruption ont tranquillement permis aux marchés de rouvrir.

Robert Bazell est professeur adjoint de biologie moléculaire, cellulaire et du développement à Yale. Pendant 38 ans, il a été correspondant scientifique en chef de NBC News.

Les références

1. Menachery, V.D., et al. Un groupe de coronavirus de chauves-souris en circulation ressemblant au SRAS montre un potentiel d’émergence humaine. Médecine de la nature 21, 1508-1513 (2015).

2. Menachery, V.D., et al. Le WIV1-CoV de type SRAS est prêt pour l’émergence humaine. Actes de l’Académie nationale des sciences 113, 3048-3053 (2016).

3. Zhang, T., Wu, Q., et Zhang, Z. Origine probable du pangolin du SRAS-CoV-2 associée à l’épidémie de COVID-19. Biologie actuelle (2020). Récupéré de Doi: 10.1016 / j.cub.2020.03.022

4. Wang, Q., et al. Un site de clivage de protéase unique prévu dans la protéine de pointe du nouveau coronavirus de la pneumonie (2019-nCoV) potentiellement lié à la transmissibilité virale. Virologica Sinica (2020).

5. Seyerle, A.A., MSPH et Avery, C.L. Comprendre l’épidémiologie génétique: les avantages et les défis potentiels de la génétique pour améliorer la santé humaine. Journal médical de Caroline du Nord 74, 505 à 508 (2013).

6. Sharp, P.M. & Hahn, B.H. Origines du VIH et de la pandémie de SIDA. Perspectives de Cold Spring Harbor en médecine (2011). Récupéré de Doi: 10.1101 / cshperspect.a006841

Image principale: Corona Borealis Studio / Shutterstock

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