The origin of viruses remains mysterious because of their diverse and patchy molecular and functional makeup. Although numerous hypotheses have attempted to explain viral origins, none is backed by substantive data. We take full advantage of the wealth of available protein structural and functional data to explore the evolution of the proteomic makeup of thousands of cells and viruses. Despite the extremely reduced nature of viral proteomes, we established an ancient origin of the “viral supergroup” and the existence of widespread episodes of horizontal transfer of genetic information. Viruses harboring different replicon types and infecting distantly related hosts shared many metabolic and informational protein structural domains of ancient origin that were also widespread in cellular proteomes. Phylogenomic analysis uncovered a universal tree of life and revealed that modern viruses reduced from multiple ancient cells that harbored segmented RNA genomes and coexisted with the ancestors of modern cells. The model for the origin and evolution of viruses and cells is backed by strong genomic and structural evidence and can be reconciled with existing models of viral evolution if one considers viruses to have originated from ancient cells and not from modern counterparts.
Titre de l'article
Une exploration des origines et de l'évolution virale basée sur des données phylogénomiques
Une exploration des origines et de l'évolution virale basée sur des données phylogénomiques
Introduction à l'article
L’origine des virus reste difficile à expliquer à cause du manque de données biologiques, du fort taux de mutation et de la rapide évolution des virus. Le nombre de familles virales augmente constamment avec la découverte de nouveaux virus. Les gènes de plusieurs familles virales ne montrent aucune similarité de séquences, de ce fait, une phylogénie avec gènes ne serait pas exploitable. Néanmoins, plusieurs structures tridimensionnelles (3D) de protéines sont conservées entre organismes, donc utiliser ces structures serait un excellent moyen pour classifier les différents organismes. Ces structures 3D peuvent être regroupées en Fold Families (FFs : incluant les séquences ayant 30% d’identité nucléotidique dans leurs séquences) et en Fold Super Families (FSFs : regroupant les FFs avec un noyau commun de structure 3D et des propriétés biochimiques identiques). Les FSFs sont très conservées entre organismes et permettraient ainsi de faire un lien entre les virus et les organismes cellulaires.
L’origine des virus reste difficile à expliquer à cause du manque de données biologiques, du fort taux de mutation et de la rapide évolution des virus. Le nombre de familles virales augmente constamment avec la découverte de nouveaux virus. Les gènes de plusieurs familles virales ne montrent aucune similarité de séquences, de ce fait, une phylogénie avec gènes ne serait pas exploitable. Néanmoins, plusieurs structures tridimensionnelles (3D) de protéines sont conservées entre organismes, donc utiliser ces structures serait un excellent moyen pour classifier les différents organismes. Ces structures 3D peuvent être regroupées en Fold Families (FFs : incluant les séquences ayant 30% d’identité nucléotidique dans leurs séquences) et en Fold Super Families (FSFs : regroupant les FFs avec un noyau commun de structure 3D et des propriétés biochimiques identiques). Les FSFs sont très conservées entre organismes et permettraient ainsi de faire un lien entre les virus et les organismes cellulaires.
Expériences de l'article
Dans cette étude, 5080 protéomes provenant de cellules et de virus ont été analysés. Les auteurs ont évalué à quel point les différentes FSFs étaient partagées entre les différents groupes d'organismes cellulaires et de virus. De plus, ce partage de FSFs leur a permis de produire un arbre phylogénétique liant les virus aux organismes cellulaires. En appliquant ces différentes comparaisons les auteurs ont tenté de répondre à différentes questions comme d'où proviennent les virus et comment sont-ils apparus ? Les analyses ont démontré que, malgré une grande diversité, les protéomes viraux possèdent des traces d’une ancienne histoire évolutive.
Dans cette étude, 5080 protéomes provenant de cellules et de virus ont été analysés. Les auteurs ont évalué à quel point les différentes FSFs étaient partagées entre les différents groupes d'organismes cellulaires et de virus. De plus, ce partage de FSFs leur a permis de produire un arbre phylogénétique liant les virus aux organismes cellulaires. En appliquant ces différentes comparaisons les auteurs ont tenté de répondre à différentes questions comme d'où proviennent les virus et comment sont-ils apparus ? Les analyses ont démontré que, malgré une grande diversité, les protéomes viraux possèdent des traces d’une ancienne histoire évolutive.
Résultats de l'article
2/3 des FSFs analysées ont été détectées chez les cellules tandis que l’autre tiers était soit partagé entre les virus et les cellules soit unique chez les virus. Les FSFs trouvées uniquement chez les virus (VSFs) sont des domaines impliqués dans la pathogénicité virale. Mais ces VSFs sont sous-estimées car les bactériophages sont connus pour leur capacité de transfert horizontaux de gènes et plusieurs VSFs restent à ce jour inconnus. Les résultats suggèrent que ces VSFs ont une origine indépendante chez les virus car la plupart d’entre eux sont spécifiques du type viral. En comparant les VSFs et les FSFs spécifiques aux organismes vivant librement, on constate que les virus géants sont proches des archées ; virus géants et parasites cellulaires ont des protéomes similaires en taille et partagent le même style de vie parasitaire. Étant donné que le petit protéome des cellules parasitaire résulte d’une évolution régressive il semble logique d'étendre cet argument à l’évolution virale.
2/3 des FSFs analysées ont été détectées chez les cellules tandis que l’autre tiers était soit partagé entre les virus et les cellules soit unique chez les virus. Les FSFs trouvées uniquement chez les virus (VSFs) sont des domaines impliqués dans la pathogénicité virale. Mais ces VSFs sont sous-estimées car les bactériophages sont connus pour leur capacité de transfert horizontaux de gènes et plusieurs VSFs restent à ce jour inconnus. Les résultats suggèrent que ces VSFs ont une origine indépendante chez les virus car la plupart d’entre eux sont spécifiques du type viral. En comparant les VSFs et les FSFs spécifiques aux organismes vivant librement, on constate que les virus géants sont proches des archées ; virus géants et parasites cellulaires ont des protéomes similaires en taille et partagent le même style de vie parasitaire. Étant donné que le petit protéome des cellules parasitaire résulte d’une évolution régressive il semble logique d'étendre cet argument à l’évolution virale.
Rigueur de l'article
Cet article apporte des informations permettant de mettre en exergue l'hypothèse de la réduction graduelle. Les auteurs apportent des données biologiques les analysent et essaient de donner une signification à ces résultats. Je trouve le choix de la méthodologie employée cohérent avec la question posée. J'ai aussi vraiment apprécié l'effort fait par les auteurs pour expliquer pourquoi ils choisissent ce type de méthode. Cette article possède aussi une bonne bibliographie pouvant servir à cette controverse.
Cet article apporte des informations permettant de mettre en exergue l'hypothèse de la réduction graduelle. Les auteurs apportent des données biologiques les analysent et essaient de donner une signification à ces résultats. Je trouve le choix de la méthodologie employée cohérent avec la question posée. J'ai aussi vraiment apprécié l'effort fait par les auteurs pour expliquer pourquoi ils choisissent ce type de méthode. Cette article possède aussi une bonne bibliographie pouvant servir à cette controverse.
Ce que cet article apporte au débat
Les données obtenues par cette étude suggèrent que les virus sont apparus par réduction graduelle de parasites cellulaires car les auteurs observent une forte ressemblance de style de vie. De ce point de vue, ils suggèrent l’existence d’une proto-virocellule qui serait à l’origine des virus et des cellules modernes. Le génome de la proto-virocellule ayant donc coexisté dans l’environnement intracellulaire et se reproduisant sans lyse cellulaire tandis que les virocellules modernes se caractérisent par la formation de virion et par une lyse cellulaire. Pour résumer, après la réduction des proto-virocellules, la perte complète de leur nature cellulaire et l’acquisition de certains domaines VSFs permettant la construction des capsides virales, les virus modernes sont apparus. Une pression prolongée sur le génome des virocllules a permis leur réduction en virus modernes tandis que la coexistence avec une lignée cellulaire a permis une diversification en cellules modernes.
Les données obtenues par cette étude suggèrent que les virus sont apparus par réduction graduelle de parasites cellulaires car les auteurs observent une forte ressemblance de style de vie. De ce point de vue, ils suggèrent l’existence d’une proto-virocellule qui serait à l’origine des virus et des cellules modernes. Le génome de la proto-virocellule ayant donc coexisté dans l’environnement intracellulaire et se reproduisant sans lyse cellulaire tandis que les virocellules modernes se caractérisent par la formation de virion et par une lyse cellulaire. Pour résumer, après la réduction des proto-virocellules, la perte complète de leur nature cellulaire et l’acquisition de certains domaines VSFs permettant la construction des capsides virales, les virus modernes sont apparus. Une pression prolongée sur le génome des virocllules a permis leur réduction en virus modernes tandis que la coexistence avec une lignée cellulaire a permis une diversification en cellules modernes.
Dernière modification il y a plus de 8 ans.