Les virus sont-ils apparus par réduction graduelle de cellules parasites, ou par échappée ponctuelle d'éléments génétiques cellulaires?

La capacité à produire des capsides et former des virions est avancée par certains auteurs comme le seul attribut véritablement unique aux virus et permettant de les définir de façon rigoureuse. L’hypothèse par échappée comme l’hypothèse par réduction font intervenir un événement d’acquisition de cet attribut. Une hypothèse probable, concernant l’origine des protéines permettant la construction de capsides, est alors que ces protéines aient d’abord évolué dans les lignées cellulaires, où elles auraient assuré d’autres fonctions, avant d’être acquises par les ancêtres des virus. Plusieurs groupes de protéines cellulaires semblent en effet montrer des similarités avec les protéines de capsides virales. Dans cet article, les protéines de capsides de nombreux virus sont comparées à des protéines cellulaires, dans le but d’identifier les lignées cellulaires susceptibles d’avoir fourni aux virus les briques de base de leurs virions.

Des informations concernant les protéines de capsides virales de 135 des plus importants groupes de virus ont tout d’abord été récupérées dans les bases de données du Comité International sur la Taxonomie des Virus. Ces informations comportent les séquences ADN associées aux protéines, et, quand elles existent, des données concernant leur structure 3D. Ces données ont permis de mener des recherches à large échelle de protéines cellulaires montrant des similarités structurelles ou de séquence avec les protéines de capside. Les comparaisons ont été menées à l’aide de logiciels bio-informatiques spécialisés. La comparaison des structures protéiques, notamment, est permise par un logiciel réalisant des superpositions informatiques des protéines, et quantifiant leur différence.

La grande majorité des protéines virales analysées montrent des analogues structurels dans le monde cellulaire, bien que ces ressemblances soient rarement accompagnées d’une ressemblance forte des séquences ADN associées. Selon les auteurs, l’origine cellulaire des protéines de capsides virales est donc hautement probable. Comme les nombreuses protéines virales analysées, très diverses, montrent chacune des analogues structurels cellulaires très différents, les auteurs ajoutent que les événements de recrutement de protéines cellulaires ont dû être multiples. Certains de ces événements doivent êtres anciens, car les protéines acquises sont très répandues dans le monde viral. D’autre pourraient bien être plus récents.

L’article présenté est rigoureux dans le sens ou aucune conclusion hâtive n’est tirée des observations réalisées. En revanche, les auteurs n’évaluent presque pas l’importance qu’à pu prendre l’évolution convergente dans leurs données. Quand deux structures évoluent indépendamment dans un environnement leur imposant les mêmes contraintes, il est possible d’observer l’évolution de structures fonctionnellement similaires. Ce phénomène pourrait expliquer une partie des similarités structurelles observées.

Cet article semble montrer l’existence de liens évolutifs entre certaines protéines cellulaires et les protéines de capsides virales. La très large échelle à laquelle cette analyse a été menée indiquerait alors que cette idée est généralisable à la plupart des protéines de capside.

Ces résultats sont, selon les auteurs, plus compatibles avec un scénario d’évolution des virus par échappée ponctuelle. Cependant, il n’est pas inenvisageable que les entités ayant récupéré les gènes cellulaires permettant la production des premier virions aient été des cellules parasites. Ceci est suggéré par l’identification par les auteurs de phénomènes d’acquisition inverse, dans lesquels des cellulaires auraient récupéré des gènes viraux de capsides et les auraient utilisés à d’autres fins. Cet article montre surtout qu’il est très probable que différents groupes de virus soient apparus indépendamment, peut-être selon des modes différents.

L’article est particulièrement technique car il discute de structures biochimiques dont l’étude s’entoure d’un jargon touffu.

Cet article débute par un historique de la définition de virus. Les auteurs affirment, comme dans leur précédente publication de 2006, qu’il ne faut pas assimiler les virus uniquement aux virions qu’ils produisent, qui, eux, ne sont ni vivants ni ne sont des organismes. En outre, certains virus géants ont des génomes plus grands que certains microorganismes. De plus, les capacités que ces virus expriment lorsqu’ils se multiplient dans les cellules pourraient remettre en question la place qu’ils occupent actuellement dans l’arbre de la vie.

Dans le cadre de cette controverse, la partie qui nous intéresse le plus est la suivante : 4. Conceptual problems raised by the diversity of viral genomes. (Problèmes conceptuels soulevés par la diversité des génomes viraux)

La vision des virus comme étant des micro-organismes auxquels il manquerait des capacités par rapport aux autres micro-organismes est liée à la théorie de l’origine des virus par réduction graduelle.
Cette réduction se serait faite à des vitesses diverses ce qui aurait aboutit à la diversité des virus. Les virus géants seraient ceux avec la vitesse de réduction la plus faible.
La découverte d’un vestige d’appareil de traduction chez une famille de virus géants (les Megaviridae) confirme cette hypothèse. En effet, seules les cellules sont capables de traduction, l’ancêtre des Megaviridae doit donc être une cellule.

La théorie inverse, qui propose que les virus seraient issus de petits éléments génétiques échappés, implique que 90% du génome des virus géants proviendraient d’hôtes cellulaires. Or, seuls quelques gènes des virus géants possèdent des homologues chez les organismes Eucaryotes et Procaryotes. Si les autres gènes proviennent effectivement d’anciens hôtes, le fait est qu’on ne trouve aucune trace de ces derniers.
De même pour les protéines des virus géants : un grand nombre d’entre elles n’ont aucune protéine homologue dans le monde vivant. La dérive génétique ne peut expliquer ces particularités uniques des génomes viraux. En effet, elle n’est pas suffisamment rapide pour ce qui est de l’ADN (contrairement à l’ARN) et elle empêcherait la détection d’un génome de base commun à tous les virus provenant de leur ancêtre commun (qui existe selon la théorie de l’échappée).

Pour autant, les très grandes différences entre les 4 familles de virus géants sont incompatibles avec une réduction simple et linéaire à partir d’une cellule ancestrale. Il faut envisager différents événements indépendants de réduction, probablement à partir de proto-cellules en compétition avec l’ancêtre de LUCA (Last Universal Common Ancestor).
Les virus seraient donc les vestiges des proto-cellules existant avant LUCA qui, étant moins performantes que ce dernier auraient fini par ne subsister qu'en le parasitant.

Cet article vise à appuyer l'avis de l'auteur qui penche en faveur de l'hypothèse de la réduction graduelle comme étant l'origine des virus. En effet, il balaie assez vite l'hypothèse d'échappée ponctuelle.
Cette review n'a donc pas pour but de décrire tous les scénarios possibles de façon impartiale.

Cette review apporte une théorie claire et simple pour l'origine des virus :
Ils seraient issus de différents événements indépendants de réduction, probablement à partir de proto-cellules en compétition avec l’ancêtre de LUCA (Last Universal Common Ancestor).
Les virus seraient donc les vestiges des proto-cellules existant avant LUCA qui, étant moins performantes que ce dernier auraient fini par ne subsister qu'en le parasitant.
Par la suite certaines lignées de virus auraient perdu des gènes en raison de leur parasitisme obligatoire.

Cette review est très intéressante et utile. Son défaut est qu'elle est relativement longue et qu'elle aborde aussi des sujets qui ne rentrent pas directement dans le cadre de notre controverse.

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.

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.

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.

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.

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 transposons sont des éléments génétiques intégrés dans le génome de leurs hôtes, mais capables de s’en exciser pour s’y réintégrer à d’autres emplacements. Cette transposition leur permet de se multiplier indépendamment dans les génomes tout en étant, par ailleurs, pris en charge par la machinerie de réplication de leur hôte. Les polintons sont des transposons de grande taille, et qui contiennent de nombreux gènes. Il contiennent notamment des gènes qui leur permettraient de produire des capsides similaires à celles des virus. Bien que cette production n’ait jamais été observée, le partage de gènes suggère un lien évolutif probable entre les polintons et les virus. Les auteurs tentent de retracer l’histoire évolutive qui pourrait relier ces différentes entités.

Les auteurs comparent le contenu génétique des polintons à celui de virus de différentes familles, ainsi qu’à celui de certains plasmides. Il produisent un réseau de similarité permettant de visualiser et quantifier le partage de gènes entre les différents groupes considérés. Ils réalisent également un arbre phylogénétique, à l’aide d’un unique gène, pour tenter de reconstruire leur histoire évolutive. En associant les informations fournies par ces deux analyses, et en y ajoutant une discussion détaillée, les auteurs proposent un scénario évolutif compatible à leurs données, et qui relie les différents groupes considérés.

Les polintons occupent le centre du réseau de similarité produit par les auteurs. Ils partagent des similarités génétiques surtout avec les virus géants et une famille de virus de bactéries. L’arbre phylogénétique indiquerait quant à lui une proximité évolutive entre les polintons et certains plasmides. Il suggère également que les polintons descendraient d’une famille de virus de bactéries.

Les auteurs proposent alors un scénario dans lequel un virus de bactérie de la famille des Tectiviridae serait à l’origine du premier politon. Les polintons auraient ensuite constitué un groupe prolifique depuis lequel auraient évolué plusieurs lignées. Les virus géants, notamment, seraient des descendants de ces éléments génétiques ayant subi une évolution vers la complexification. Ils auraient acquis secondairement de nombreux gènes (près de 90 % de leur génome) à travers l’intégration de gènes présents dans leur environnement (gènes de l’hôte, d’autres cellules, d’autres virus).

Ce travail souffre des limites constitutives de la génétique comparative appliquée aux virus et aux autres petits éléments génétiques. Il faut, pour étayer un scénario évolutif, montrer qu’il est soutenu par les données acquises sur de nombreux gènes. Ici, le très petit nombre de gènes existant et utilisés, ainsi que la propensions des entités considérées aux transferts génétiques, limitent fortement la fiabilité des analyses effectuées. Les auteurs en sont conscients, et, tout en argumentant en faveur de la vraisemblance de leur scénario, reconnaissent que de « discerner un scénario évolutif spécifique dans ce labyrinthe est un défi majeur ».

Les auteurs ne mentionnent pas le fait que la majorité des gènes des virus géants ne sont partagés par aucun génome connu. Il est difficile de concevoir une évolution des virus géants par accumulation de gènes, si ces gènes n’existent pas dans leur environnement. Cet argument a été proposé pour réfuter le scénario des auteurs.

Les auteurs apportent des arguments en faveur d’un scénario plaçant certains éléments génétiques cellulaires, les polintons, à l’origine évolutive des virus géants. Cela serait alors plutôt en faveur de l’hypothèse par échappée. Seulement, les auteurs proposent alors que les politons soient eux-mêmes issus de virus de bactéries. On considère donc un scénario dans lequel un virus serait devenu un transposon, pour redevenir ensuite un virus. Ainsi, plutôt que de fournir des arguments en faveur d’un mécanisme particulier d’apparition des virus, cet article participe à promouvoir l’idée selon laquelle la frontière évolutive entre les virus et certains éléments génétiques des cellules est très fine. Les auteurs admettent, par exemple, que si jamais une production de capsides était détectée chez les polintons, alors ces derniers devraient être considérés comme des virus à part entière.

L’article est technique et fait intervenir un important jargon lié à la biologie moléculaire.

Brève histoire du concept de virus
Historiquement, les virus sont considérés comme des formes intermédiaires entre les minéraux et les cellules vivantes. Il est apparu que les virus assimilés aux virions étaient des produits cellulaires. Mais il se trouve que les virions sont très différents de toute forme de cellule, donc l’hypothèse régressive (l'idée que le parasitisme a déclenché la réduction évolutive des cellules vers les virus) a été rejetée. Se pose donc la question de l’origine des virus. Pendant des années, les virus ont été associés à leurs virions. Après la découverte de l’ADN, les scientifiques se sont concentrés sur le matériel génétique pour comprendre l’origine des virus. La découverte des provirus et des prophages a suggéré à plusieurs biologistes que les virus proviendraient d’une portion du génome cellulaire qui est devenue indépendante et infectieuse (The escape hypothesis). Cette division à fait apparaitre deux volets de cette hypothèse : les Bactériophages proviendrait des génomes procaryotes tandis que les virus proviendraient des génomes eucaryotes. Ainsi, les virus ont-ils tout d’abord été définis par leur génome et ensuite par l’acquisition d’une capside.
Nouveaux concepts et définitions des virus
Après la découverte des Mimivirus et le séquençage de leur génome, le débat sur l’origine des virus a été réouvert. Impressionné par la taille des Mimivirus, Claverie a fortement critiqué la confusion entre virus et virion et a suggéré que l’on considère les usines virales comme la forme réelle des virus. Pour généraliser cette idée, Forterre a récemment proposé un nouveau terme : "virocellule", désignant une cellule infectée produisant des virions. Pour produire des virions, la virocellule utilise les composants de la ribocellule (cellules produisant des ribosomes) morte et du génome virale. Les virus peuvent aussi vivre en symbiose avec leur hôte. Ainsi la ribocellule produisant des virions resterait ainsi capable de se diviser et on peut donc parler de « ribovirocellule ». Ces observations mènent ainsi à la conclusion que les virus sont des organismes vivants dont le cycle de vie passe par différents stades. De plus, les génomes viraux codent pour une protéine MCP (major capsid protein) responsable de la dissémination du génome en produisant des virions.
Quand les virus sont-ils apparus pour la première fois ?
Depuis que les virocellules et les MCP sont les marqueurs des virus, les vrais virus ne peuvent pas être apparus avant les ribocellules (donc pas avant les ribosomes). Cela réfute l’hypothèse « virus first », selon laquelle les virus sont apparus avant les cellules ou dériveraient de proto-cellules. Il a donc été suggéré de distinguer deux âges dans le monde des ARN pour séparer les stades de vie avant et après l’invention des ribosomes. Ainsi les virus modernes seraient originaires du stade de vie après l’apparition des ribosomes et donc après l’émergence des protéines suffisamment complexes pour former des virions. Il serait donc légitime de considérer les premiers virus comme étant très simples et ayant des capacités limitées. Ce serait le cas par exemple des virus satellites qui représenteraient un bel exemple des premiers virus. En accord avec ce scenario, l’origine des premiers virus serait donc reliée avec l’apparition des protéines de capsides qui ont acquis la capacité d’empaqueter leurs propres gènes. Il est apparu que les ribovirocellules seraient apparues avant les virocellules car la transformation en virocellule pourrait être due à l’utilisation des ressources de la ribocellule et à l’acquisition de toxines. Les auteurs affirment ainsi que la ribovirocellule et la virocellule sont apparues avant l’émergence de LUCA (ancêtre commun aux ribocellules) car on sait que les virus infectent les trois grands domaines de la vie.

Cette revue nous donne un large aperçu de l'hypothèse d'évasion et met en relation plusieurs études menées dans ce domaine. Néanmoins, je trouve dommage le fait que les auteurs décident de ne pas parler volontairement de certains points tels que le fait que les virus pourraient avoir été précédés dans le premier âge du monde de l'ARN par des "protovirus" à ARN emballés dans des vésicules lipidiques (Jalasvuori et Bamford 2008). Mais les auteurs essaient de définir les virus et de les différencier de leurs virions. Ils essaient aussi de situer l'émergence des virus et ils apportent les arguments pour situer cette émergence au niveau de l'évolution et estimer le nombre de fois où elle a eu lieu. La revue est bien détaillée mais la plupart des sources citées sont celles des auteurs de la revue eux-mêmes.

Cette revue développe la plus part des aspects liés à l'hypothèse d'évasion et essaie d'en fournir une nouvelle version. Elle réfute par là même l'hypothèse de "virus first", en érigeant les virocellules et les MCP comme marqueurs des virus ce qui impliquerait que les vrais virus ne peuvent pas être apparus avant les ribocellules (donc pas avant les ribosomes). Ils évoquent aussi brièvement l’hypothèse selon laquelle les virus proviendraient d’une extrême régression des anciennes cellules parasitaires.

Les deux auteurs sont des acteurs clefs des débats entourant l’évolution des virus, leur article est donc bien documenté et réfléchi autour des problématiques les plus récentes.

L’une des difficultés du débat concernant les modes d’apparition des virus réside dans l’incertitude chronologique associée aux phénomènes discutés. En effet, la vraisemblance d’un événement évolutif proposé est dépendante du contexte dans lequel celui-ci s’inscrit. Par exemple, les hypothèses d’évolution virale proposées diffèrent selon qu’il est considéré que les virus sont apparus avant ou après les cellules dites « moderne » (montrant toutes les caractéristiques des cellules actuelles).

Dans cet article, les auteurs appliquent des méthodes de phylogénie, qui permettent d’estimer et de visualiser la chronologie et la topologie des histoires évolutives. Par ces méthodes, ils tentent de brancher les virus sur l’arbre de la vie, l’actuelle phylogénie consensuelle regroupant tous les organismes cellulaires connus. L’estimation qui en découle de la période d’apparition des virus leur permet alors de proposer un scénario d’apparition depuis des cellules ancestrales.

Les méthodes de phylogénie reposent sur le partage de caractères. Ces caractères peuvent être de tout type, bien que les caractères génétiques (partage de séquences génétiques spécifiques) soient actuellement à la base de la plupart des phylogénies. Les caractères génétiques sont cependant peu informatifs en ce qui concerne les virus, car ces derniers possèdent des génomes trop petits et évoluant trop vite. Les auteurs utilisent ici des caractères basés sur la structure en trois dimensions (repliement) qu’adoptent les protéines, qui est plus conservée à l’échelle évolutive que les caractères génétiques. Ces caractères sont d’autant plus pratiques qu’une partie des grands types de repliements que l’on trouve chez les virus se retrouve également chez les cellulaires, ce qui permet l’estimation de leur histoire commune.
La phylogénie construite est celle qui rassemble les organismes cellulaires et un sous-groupe des virus, dont le génome est assez grand pour encoder de nombreuses protéines.

Les auteurs montrent tout d’abord qu’une quantité non négligeable de caractères protéiques est partagée par des organismes cellulaires et des virus. Ceci les pousse à accepter définitivement l’idée selon laquelle virus et organismes cellulaires partagent une ascendance commune. La scénario évolutif estimé propose alors que cette ascendance soit plus ancienne que le plus récent ancêtre commun à tous les organismes cellulaires (LUCA).

De façon plus importante, le scénario reconstruit propose que certains caractères protéiques uniques aux virus, et en lien avec leurs capsides notamment, soient apparus très tardivement. Selon les auteurs, les ancêtres des virus auraient ainsi été des formes de cellules autonomes ayant acquis les caractères leur ayant permis de devenir des parasites plus d’un milliard d’années après s’être séparés du reste de l’arbre de la vie.

Les mécanismes que proposent les auteurs pour expliquer l’autonomie des ancêtres non parasites des virus sont très vagues, car ils refusent de faire intervenir des attributs trop proches de ceux des cellules actuelles. Cela semble plus dû à une habitude de refuser aux virus certains mécanismes clefs qu’à des arguments objectifs.

De plus, es auteurs considèrent que les transferts de gènes entre lignées virales et cellulaires, qui fausseraient grandement les résultats, n’ont pu avoir d’importance qu’après le passage des virus au mode de vie parasite, qui favorise le contact physique entre les entités génétiques. Cependant, il est impossible de savoir quelle proximité aurait pu exister entre les ancêtres des virus et des cellulaires actuels. Un scénario selon lequel les ancêtres des virus ont été des parasites bien avant leur acquisition des capsides, par exemple, n’est jamais envisagé. Les auteurs ne discutent pas non plus des effets éventuels de transferts génétiques plus récents.

Cet article est original en ce qu’il propose d’adresser la question de l’apparition des virus à travers des données et leur analyse, que l’on peut espérer objectives. Cette approche est très précieuse car les données concernant l’évolution virale étant rares, la question est souvent traitée à travers la théorie et l’observation. L’innovation principale des auteurs est alors d’avoir été capable d’appliquer des méthodes de phylogénie aux virus, en identifiant des caractères assez stables pour s’y prêter et partagés avec les organismes cellulaires.

Les résultat obtenus semblent indiquer que l’apparition chez les virus du mode de vie parasite serait plus récent que ce qui est habituellement imaginé. Les ancêtres des virus auraient donc initialement été autonomes et fonctionnellement assez proches des cellules. Cela est en accord avec la théorie par réduction. Ces résultats ne s’appliquent en revanche qu’à un sous-groupe des virus.

Le scénario proposé est, et les auteurs le stipulent, très compatible avec les idées de P. Forterre. Ils adoptent d’ailleurs en partie sa terminologie.

Les virus sont des éléments génétiques capables d’utiliser les fonctions de réplication de leur hôte pour se reproduire, et d’encapsuler leur génome dans des capsides pour survivre à l’état libre et infecter de nouvelles cellules. Les plasmides sont des molécules d’ADN présentes surtout dans les cellules des bactéries, et qui présentent des gènes souvent favorables à leur hôte. Ces éléments se répliquent dans la cellule occupée, qui les transfère parfois à d’autres bactéries. L’acquisition, ou la perte, des gènes permettant la production des capsides pourrait ainsi, selon les auteurs, être le seul pas nécessaire à la transition évolutive d’un plasmide à un virus, et inversement. Pour évaluer cette hypothèse, les auteurs cherchent à détecter un tel événement de transition chez les Geminivirus, un genre de virus de plantes, déjà identifiés comme de potentiels descendants de plasmides.

Des gènes de Geminivirus, qui encodent des protéines intervenant dans la réplication, ont d’abord été utilisés. Leur séquence ADN à été comparée aux bases de données du NCBI afin d’identifier et d’isoler d’autres séquences partageant certains motifs importants. Les données obtenues, qui contiennent des séquences de plasmides bactériens, ont alors été utilisées pour mener des analyses phylogénétiques et de regroupement.

Alors que de potentiels apparentés aux Geminivirus étaient identifiés, il s’agissait aussi d’identifier l’origine évolutive des gènes de production de capsides de ces virus. À travers des analyses bioinformatiques, la séquence de ces gènes a permis de prédire la structure 3D des protéines de capside auxquelles elles correspondent, et de la comparer à celle d’autres virus connus. Cette méthode a été utilisée car, dans le cas de ces protéines, la structure est souvent plus conservée que la séquence elle-même, et donc plus susceptible d’être retrouvée chez d’autres virus.

La première recherche a mené à l’obtention de 40 séquences. Parmi ces séquences, les plus apparentées à celles des Geminivirus se sont révélées être celles appartenant à des plasmides de phytoplasmes, et non à d’autres virus. Les phytoplasmes sont des bactéries parasites des plantes, qui occupent les mêmes tissus que les Geminivirus. Les auteurs estiment donc comme plausible un scénario selon lequel un plasmide ancestral de phytoplasme serait à l’origine des Geminivirus.

L’analyse de forme des protéines de capside des Geminivirus a montré que ces protéines sont capables d’adopter une forme similaire à celle de certains virus de plantes, qui peuvent se retrouver dans l’environnement des phytoplasmes. Cette similarité conforte le scénario proposé par les auteurs.

Les auteurs passent rapidement sur la possibilité d’un scenario inverse, dans lequel les plasmides des phytoplasmes auraient plutôt intégré des gènes de Geminivirus. L’argument qu’ils utilisent pour l’écarter (la capacité de certains Geminivirus à se répliquer dans des cellules bactériennes) n’est pas forcément suffisant car il pourrait s’expliquer autrement. De plus, une phylogénie basée sur un seul gène donne des informations sur l’histoire de ce gène, mais pas forcément sur l’histoire des éléments génétiques qui les portent. La phylogénie réalisée ne constitue donc pas une preuve absolue. Les auteurs sont cependant très rigoureux quant aux implications de leurs résultats et aux limites de leur scénario, qu’ils explorent de façon détaillée.

Les résultats des auteurs semblent montrer que les Geminivirus descendent d’un plasmide de phytoplasme ayant acquis un gène chez un virus préexistant dans son environnement. Si ces résultats sont validés, alors une proximité évolutive entre les virus et certains éléments génétiques doit être envisagée. Ceci apporte un argument modéré en faveur de l’hypothèse par échappée, bien que le mécanisme proposé ne puisse pas prétendre à avoir produit les premiers virus.

L'article ne suit pas la construction habituelle d'un article scientifique (introduction, matériel & méthodes, résultats, discussion) de façon claire ; il peut alors sembler long pour certains lecteurs et pas toujours facile à comprendre, car beaucoup détails y surviennent.
Cependant il est plutôt expliqué et intéressant pour soutenir l'hypothèse d'échappée

Cette revue nous présente un large aperçu des leçons acquises à travers la découverte des Mimivirus. En effet, avant cette découverte, les virus n’étaient pas classés dans l’arbre universel de la vie du fait de absence de ribosome. Cependant, il se trouve que les virus sont les organismes les plus abondants sur la planète et les gènes viraux constituent une large portion de tous les gènes existants. Ainsi, cette revue propose une définition des virus (et des cellules) basée sur l'idée selon laquelle les virus seraient plus que des éléments génétiques parasites, et que la présence des capsides ou des ribosomes formerait la dichotomie principale du monde vivant. Historiquement, les virus peuvent infecter les trois domaines de la vie et peuvent même parasiter d’autres virus. Durant le XX^ème siècle les scientifiques ont développé deux visions principales concernant les virus : « Les virus sont des organismes » et « les virus sont des biomolécules ». Après l’apparition de la dichotomie procaryote-eucaryote, Lowff a défini les virus comme de petits agents infectieux, non autonomes, qui ne peuvent pas se diviser de manière binaire et constitués de protéines et d’un seul type d’acide nucléique. Il insiste aussi sur le fait que ce ne sont pas des organismes et que l’élément infectieux du virus est l’acide nucléique. Cette définition des virus a été ébranlée par la découverte des Mimivirus (Grands virus visibles au microscope, génome de 12 Mégabases et contenant de l’ADN et de l’ARN).
Pour tenter d'effectuer une nouvelle classification de tous les organismes vivants incluant les virus, les auteurs suggèrent qu’il est nécessaire de redéfinir « les organismes cellulaires ». La comparaison de l’information génétique des Mimivirus et de 3 représentants des trois domaines de la vie montre que les seules différences observées résident en un nombre de gènes impliqués dans la transcription plus faible chez les Mimivirus et le manque de gènes impliqués dans la production d'énergie chez les Mimivirus. Ces gènes auraient pu être perdus indépendamment (par évolution convergente) et plusieurs fois durant la vie parasitaire. L’absence de gènes codant pour des protéines ribosomales est spécifique aux virus, ce qui suggère que tous les organismes cellulaires peuvent être définis comme des organismes codant des ribosomes (REOs).
Pour regrouper tous les virus, les protéines de capsides possédant des motifs single jelly-roll fold peuvent être utilisées comme des marqueurs communs à plusieurs virus à ADN et à ARN. Mais il faut déterminer si toutes ces structures sont évolutionnairement liées, ce qui pourrait suggérer une origine commune pour certains virus à ADN et à ARN. De plus, les auteurs nous proposent une hypothèse sur l’origine des capsides qui pourraient être formées à la base pour protéger des acides nucléiques qui auraient été relâchés accidentellement par des cellules lysées. L'apparition de capsides a donc été un événement crucial dans l'évolution précoce de la vie, qui a abouti à la divergence entre tous les organismes. Pour résumer, les auteurs proposent donc de définir les virus comme des organismes codant des capsides (CEOs) qui sont composés de protéines et les acides nucléiques qui s'auto-assemblent en une nucléocapside, incapable de se multiplier par fission binaire et capable d’utiliser un organisme codant des ribosomes pour la synthèse de leurs protéines et la production de l'énergie et les molécules précurseurs qui sont nécessaires pour leur cycle de vie.
Ainsi, les auteurs proposent de réinstaller une dichotomie primaire dans la classification du monde vivant entre les REO et les CEO. Ils en concluent que ces mondes sont naturellement connectés et ont évolué parallèlement. Il existerait donc une forme de vie exprimant les ribosomes et comprenant trois domaines : archées, bactéries et eucaryotes. Et une autre forme de vie exprimant les capsides pour produire des virions qui infectent les REO de chacun de ces trois domaines.

Cette revue propose une nouvelle classification du monde vivant incluant les virus. Mais une telle "reclassification " nécessite beaucoup plus d'expériences (avec d'autres virus et autres organismes produisant des ribosomes )et de données biologiques pour permettre une validation. Car les comparaisons réalisées dans cette revue ne concernent que les mimivirus trois organismes modèles des trois grands domaines de la vie que sont les archées , les procaryotes et les eucaryotes.

Cette revue nous donne une hypothèse sur l'apparition des capsides (donc l'apparition des virus) qui serait à l'origine des éléments de stockage de bouts d'acides nucléiques qui ce serait accidentellement échappé de cellules lysées. Ces structures se seraient ensuite complexifiées pour pouvoir permettre le transfert de se matériel génétique d'une cellule à une autre. Ce hypothèse suggère donc que les virus serait apparu par échappée ponctuelles d'éléments génétiques mobiles.

Cet article propose tout d’abord une revue générale et rapide des théories et des résultats majeurs en lien avec l’étude de l’évolution des virus. Il survole, pour commencer, la théorie proposant une apparition des virus antérieure aux premières cellules. Celle-ci s’appuie sur la diversité et les caractéristiques uniques des virus (comme les capsides ou l’existence de virus à ARN), non présentes chez les organismes cellulaires, pour proposer une apparition précoce des virus depuis de petits éléments génétiques évoluant librement dans la « soupe primordiale » des débuts de la vie. L’auteur la met cependant rapidement de côté et revoit brièvement les hypothèses par réduction et par échappée. La principale difficulté de ces dernières réside alors selon lui dans les caractéristiques uniques des virus, abordées plus haut. La théorie par réduction est, de plus, mise à mal par l’inexistence d’organismes montrant un état transitoire, à mi-chemin entre la cellule et le virus. Cette dernière difficulté à été en partie diminuée par la découverte de virus géants, dont la complexité génomique et la taille sont supérieures aux cellules parasites les plus simples. Néanmoins, la transition d’une cellule vers une entité sans membrane entourée d’une capside à l’état libre reste difficile à imaginer.

L’auteur rebondit alors sur ce dernier problème pour proposer un changement de paradigme assez important, susceptible de faciliter la représentation conceptuelle de l’évolution par réduction graduelle, et de permettre de pencher pour cette dernière hypothèse, au moins dans le cas de certains virus complexes (Iridovirus, Poxvirus, Asfarvirus...). Le concept repose sur l’observation, au sein des cellules infectées par ces virus, de structures dédiées à la production de nouveaux virions, appelées usines virales. Ces usines sont mises en place sous contrôle de l’ADN viral et sont composées d’un assemblage complexe de protéines virales et cellulaires (soutirées à l’hôte), souvent isolé du reste de la cellule par une membrane elle aussi issue de la cellule. Ces usines recrutent même, à leur périphérie, des mitochondries de l’hôte pour obtenir de l'énergie. L’auteur propose alors de considérer ces structures, plutôt que les virions, plus simples et majoritairement inertes, comme les véritables virus. Selon lui, de considérer les virions comme des virus serait équivalent à considérer "un spermatozoïde comme un humain, ou un grain de pollen comme une plante », dans le sens où il ne s’agit que du moyen de propagation des virus, non représentatif de leur réelle complexité. Si les usines virales sont les véritables virus, il devient alors plus aisé d’imaginer leur apparition par réduction graduelle de cellules parasites intracellulaires. En effet, leur complexité et la présence de membrane les rendent moins différentes des cellules que les virions. Ces derniers seraient, dans ce cadre, apparus secondairement comme un moyen pour le parasite d’infecter de nouvelles cellules sans être tributaire de la duplication de l’hôte. Cette vision permettrait ainsi de résoudre, en partie, le problème de la transition entre une cellule parasite et un virus, qui seraient moins différents qu’ils ne semblent l'être.

Cet article court correspond à l’expression de l’opinion de l’auteur, et ne prétend pas fournir une revue complète des mécanismes moléculaires discutés. Le manque de description des usines virales, cependant, constitue alors un problème, car il est impossible de savoir si le paradigme proposé par l’auteur est compatible avec le détail des caractéristiques de ces structures. De plus, l’auteur ne fait aucune mention de la possibilité d’évolution d’une usine virale depuis des structures moins complexes, alors que ceci ne semble pas inimaginable et serait compatible avec la théorie par échappée. Indépendamment de la pertinence de l’opinion de l’auteur, celui-ci donne donc un peu l’impression d’avoir éludé certains détails afin d’étayer sa vision.

L’avancée majeure de l’article est la proposition d’une nouvelle vision des virus. Le véritable virus pourrait être intracellulaire et complexe, et le virion ne serait alors qu’un propagule ne montrant, forcément, que peu de similitudes avec une cellule parasite. Cette vision conforte l’hypothèse par réduction pour certains groupes, mais n’est pas forcément transposable à l’ensemble des virus. Il s'agira d'évaluer la prévalence des usines virales parmi d'autres groupes.

Si cette proposition est annoncée par l'auteur comme nouvelle, une idée très similaire a cependant été proposée vingt ans plus tôt, par Claudiu I. Båndea.

Cet article constitue une bonne introduction au sujet, car bien qu’il ne soit pas exhaustif, il est clair et peu technique. Il est assez étonnant qu’à travers le titre et le résumé, l’accent soit mis sur la place des virus dans l’évolution des cellules. En effet la proposition la plus mise en avant et la plus novatrice de cet article est plutôt celle de changer notre point de vue sur les virus.

A travers cette article spéculatif, l'auteur propose une nouvelle théorie concernant l'évolution des virus. Au moment où est écrit cet article, 3 hypothèses concernant l’origine des virus existent. Celles-ci sont très similaires aux théories actuelles, bien qu'énoncées différemment:

• l'hypothèse du "protobionte" qui propose que les virus aient évolué directement depuis des molécules de la "soupe primordiale" des débuts de la vie. Ils ne seraient ainsi jamais passés par un stade cellulaire.
• l'hypothèse par réduction qui propose que les virus proviennent d’une réduction de cellules parasites.
• l'hypothèse de l’endogenèse (similaire à l’hypothèse par échappée ponctuelle) qui suggère que les virus proviennent d’éléments génétiques cellulaires ayant acquis une capacité à produire des virions.

L'auteur propose alors une variante de l'hypothèse par réduction selon laquelle les virus auraient pour ancêtre une bactérie parasite intra-cellulaire. La nouveauté de l'hypothèse de l'auteur repose sur la structure considérée comme étant le résultat de la réduction cellulaire. Si le virion était alors vu comme l'équivalent réduit de la cellule parasite ancestrale, l'auteur considère, quant à lui, que seul le stade intra-cellulaire du virus peut être considéré comme tel. Les virions seraient alors plutôt considérés comme équivalents à des spores, c'est-à-dire à des structures de reproduction résistantes. L'analogie entre virions et spores réalisée par l'auteur est à l'origine de sa proposition d'une origine bactérienne des virus, la sporulation étant son mode de reproduction initial.

L'article décrit alors les différentes étapes de réduction qui pourraient permettre la transition d'une cellule bactérienne à un virus. Tout d'abord, la capacité à la production de spores aurait été conservée par la bactérie parasite, car elle aurait conféré une résistance dans un environnement difficile menant souvent à la destruction de la cellule-hôte. Ensuite, un avantage à utiliser des molécules de l'hôte, plutôt que des molécules qu'elle synthétiserait elle-même, aurait mené à la perte des gènes correspondants (ou homologues) chez la bactérie. En parallèle, cette dépendance croissante aux molécules de l'hôte aurait favorisé la disparition de toute paroi cellulaire. En effet, une paroi représente un frein à la diffusion desdites molécules. Sans cette paroi, le génome de la bactérie, réduit mais toujours capable de produire des spores, ressemblerait, en effet, à un virus.

Certaines questions restent cependant sans réponses. La première inconnue concerne l'acquisition par les spores d'une capacité à infecter de nouvelles cellules en traversant leur membrane. Une autre concerne la conservation d'une capacité à encapsuler un génome dans une spore, alors que ce génome n'est plus présent dans un contexte cellulaire bactérien. Enfin, il est possible de s'interroger sur les mécanismes ayant permis la survie d'un génome étranger et libre dans la cellule-hôte.

Le travail réalisé n'étant que théorique, il ne s'appuie sur presque aucune observation ou preuve expérimentale. L'analogie réalisée entre les capsides virales et les spores bactériens mériterait par exemple d'être étayée par des comparaisons de leur structure et mécanismes de production. Le manque d'arguments empiriques est partiellement dû au contexte temporel de l'article, publié il y a déjà trente ans, mais dans l'ensemble, les propositions de l'auteur devraient donc être prises avec circonspection.

L'auteur tente de montrer que l'hypothèse par réduction, un peu abandonnée à la période où sort cet article, devient plus vraisemblable si l'on considère le stade intracellulaire du virus comme équivalent à la cellule dont les virus descendraient. Le virion, quant à lui, serait équivalent à un spore. Cette dernière équivalence mise à part, cette proposition est très proche de celle réalisée par J.M. Claverie en 2006, et qui a percolé depuis dans la communauté scientifique.

Il est intéressant de lire un article de biologie théorique. Il semblerait que cette discipline est assez confidentielle ou confinée à des thématiques peu médiatisées.

1935 est l’année de la première cristallisation des capsides du virus de la mosaïque du tabac, la première étape dans la compréhension de la nature physique des virus. A cette époque, les virus (selon leur définition actuelle) sont connus et étudiés depuis plus de trente ans, mais ne sont caractérisés qu’à travers leur petite taille et leur dépendance aux tissus vivants pour la multiplication. Le terme virus est d’ailleurs, à cette époque, un terme générique utilisé pour désigner les pathogènes, qui provient du latin virus qui signifie « venin, poison, infection ». Les virus sont alors appelés « virus filtrables », car leur petite taille, et donc leur capacité à passer au travers de filtres au maillage très fin, est la caractéristique principale permettant aux scientifiques de les isoler des autres types de pathogènes. A cette époque, alors qu’il ne possède presque aucune connaissance concernant la nature des virus, Robert Green propose une hypothèse concernant leur origine évolutive.

Sa proposition repose d’abord sur des observations. Il observe qu’il existe une association presque totale entre le caractère filtrable et le caractère parasite obligatoire des pathogènes. En d’autres termes, tous les pathogènes passant les filtres de l’époque, et trop petits pour être vus au microscope optique, nécessitent la présence de tissus vivants pour se multiplier. Tout en considérant la possibilité que des pathogènes de très petite taille mais indépendants du point de vue de la réplication aient existé, ou existent sans avoir encore été découverts, il propose qu’il existe une taille minimale en-deçà de laquelle un cycle de reproduction libre est impossible. Selon lui, les « virus filtrables » ne peuvent donc être que des formes dérivées, parasites, de formes libres, et donc plus grosses. Le mécanisme de réduction fonctionnelle qu’il invoque pour expliquer une telle évolution lui est alors fourni par ses connaissances en parasitologie. Lorsqu’un parasite possède un lien suffisamment intime avec son hôte pour pouvoir directement profiter de certaines des fonctions assurées par ce dernier, il devient désavantageux pour le parasite de continuer à assurer la même fonction. Ainsi, la sélection naturelle favorisera des parasites fonctionnellement réduits. L’auteur propose que ce phénomène ait mené, pour des micro-organismes parasites intra-cellulaires (certains sont connus à l’époque, comme les bactéries du genre Rickettsia), à une réduction telle qu’ils soient devenus entièrement dépendants de leurs hôtes et très petits.

L’auteur va alors un peu plus loin et explore les limites de sa proposition. Selon lui, le processus évolutif qu’il propose pourrait, à l’extrême, mener à l’évolution d’entités constituées d’une seule molécule initiant sa propre réplication, et ayant abandonné toute autre fonction. Si l’on fait abstraction des gènes permettant la production de capsides (une structure dont l'auteur n'avait aucune idée), cette définition pourrait s’appliquer à certains virus du genre Circovirus, inconnus à l’époque. Il ne rejette pas en revanche la possibilité que des parasites en voie de réduction fonctionnelle acquièrent d’une façon ou d’une autre de nouvelles fonctions, non exprimées par leur hôte et leur permettant d’optimiser leur propre reproduction.

Cet article peut paraître peu rigoureux du point de vue du lecteur actuel. Proposer un seuil de taille en-deçà duquel toute réplication indépendante est impossible, par exemple, peut paraître insensé au vu des connaissances actuelles en génétique, qui indiqueraient qu’il s’agit avant tout d’une question de contenu génomique. Cependant, si l’on replace l’article dans son contexte historique, la rigueur de l’auteur est frappante. A travers une analogie simple, l’auteur propose une hypothèse dont il étudie si rigoureusement les limites, à travers des éléments très peu nombreux, qu’il produit des prédictions très en avance sur son temps.

On notera tout de même que l'auteur ne cite aucune source, notamment concernant les observations sur lesquelles il base son raisonnement. Il semble que ceci ait été la norme pour ce journal et pour cette époque.

Cet article semble être la première publication adressant le problème de l’origine évolutive des virus. L’auteur y développe l’hypothèse par réduction. Cette hypothèse a ensuite beaucoup évolué, au fil des découvertes concernant les virus, mais les idées majeures qui la sous-tendent étaient déjà présentes dans cet article de 1935.

L'absence de sources empêche malheureusement de naviguer efficacement dans la bibliographie de l'époque.