La cartographie à l'échelle mondiale a révélé l'existence de dizaines de milliers de virus inconnus de la science qui circulent dans des environnements à fort flux humain, tels que les gares de transport, les hôpitaux et les réseaux d'égouts. Détaillée dans un article publié en juillet dans la revue Nature Communications, l'étude a analysé 2 922 échantillons collectés dans 102 villes de 31 pays – dont São Paulo. Sur la base de ces données, une équipe internationale à participation brésilienne a consolidé l'UPVAtlas (acronyme en anglais de Atlas of Urban and Periurban RNA Viruses), cataloguant 54 945 espèces virales, dont environ 77 % n'avaient jamais été décrites. L’œuvre met en lumière une diversité biologique immense et inexplorée, révélant la complexité des micro-organismes invisibles de la vie quotidienne en ville.
Les virus à ARN, qui ont fait l'objet de la recherche, sont ceux qui stockent leurs instructions génétiques dans des molécules d'ARN et non dans l'ADN. Parmi eux se trouvent ceux qui provoquent des maladies telles que la dengue, le zika, la grippe, la fièvre jaune et le covid-19 – et c’est précisément de là que vient une grande partie de ce que l’on sait sur ce groupe.
« Nous connaissions plusieurs virus qui causent des maladies, mais nous avons largement sous-estimé la diversité virale dans la nature. Lorsque nous recherchons un virus basé sur une maladie, il existe déjà un biais, car tous les virus qui ne provoquent pas de maladies finissent par être ignorés. Une fois que nous sommes capables d'analyser ce qui est présent dans un échantillon sans ce biais, nous avons une vision plus large de la diversité virale », explique Antônio Pedro Camargo, professeur au Département de biochimie de l'Institut de chimie de l'Université de São Paulo (IQ-USP) et l'un des participants à l'étude. auteurs. Camargo fait partie du Centre de Recherche en Biologie Bactérienne et Bactériophage (CEPID B3), un Centre de Recherche, d'Innovation et de Diffusion soutenu par la FAPESP.
Métatranscriptome
La majeure partie du matériel – 1 862 des 2 922 échantillons – a été collectée par le consortium MetaSUB, qui étudie le microbiome des environnements urbains. Les collectes ont eu lieu entre mars et juillet 2020, pendant la pandémie de Covid-19, et ont suivi un protocole standardisé : une sorte de tampon a été frotté sur les surfaces fréquemment touchées, comme les mains courantes, les bancs et les distributeurs de billets. Les autres échantillons ont été extraits d'une base de données de séquençage publique et couvrent les villes environnantes, comme le sol, les sédiments, l'eau douce, les eaux usées et les serres.
Les matériaux ont été analysés par métatranscriptomique, une technique qui permet de séquencer simultanément l’ensemble des molécules d’ARN présentes dans un échantillon. « Imaginez que vous ramassez une poignée de saleté. Il y a des bactéries, des virus bactériens (bactériophages), d'autres micro-organismes, des insectes, tout ce que vous pouvez imaginer », explique Camargo. Plutôt que d’isoler chaque organisme, les chercheurs extraient et séquencent l’intégralité du pool d’ARN de l’échantillon.
Le résultat est un grand volume de fragments non identifiés. « Vous aurez un tas de morceaux de génome et vous ne saurez pas, au début, ce que c'est. Ce ne sont que des séquences de lettres. Le défi est de savoir : à quoi correspond chaque petit morceau de génome de l'échantillon ? Est-ce une bactérie ? Est-ce un virus ? Si c'est un virus, de quel type ? », décrit le chercheur.
Ce dépistage a été réalisé à l'aide de geNomad, un outil bioinformatique développé par Camargo. Le programme, selon lui, « nous permet de traiter des millions de séquences de fragments de matériel génétique et de déterminer lesquelles correspondent aux génomes des virus ».
Pour organiser ce qui avait été découvert, les chercheurs ont comparé les séquences d'une enzyme présente dans tous les virus à ARN – la RdRP (ARN polymérase ARN-dépendante), responsable de la réplication du virus – et ont reconstitué les relations de parenté entre elles. Certains étaient si différents de tout ce qui avait déjà été décrit que les auteurs ont proposé de créer de nouvelles catégories pour les accueillir : deux phylums, en plus d'une nouvelle classe et de plusieurs regroupements qui restent non classés. La proposition est préliminaire. « Tout cela est informatique. Il faut plus d'informations pour affirmer formellement qu'il s'agit en fait de groupes complètement nouveaux », réfléchit Camargo.
L’enquête n’a toutefois révélé qu’une partie de la véritable diversité microbienne. Les courbes d’accumulation – qui mesurent combien de nouveaux virus apparaissent à chaque nouvelle collection analysée – ne se sont stabilisées dans pratiquement aucun type d’échantillon, signe que les près de 55 000 virus catalogués ne représentent qu’une fraction de ce qui existe dans ces endroits.
« Il existe une très grande diversité virale, plus grande que ce que nous imaginions déjà. Je pense que c'est le point principal de l'article », déclare Camargo.
Hôtes
Cette découverte ne signifie pas que les villes regorgent de nouveaux virus capables de provoquer des maladies chez l’homme. Il n’a été possible de proposer un hôte potentiel que pour environ un tiers des séquences et, sur cet ensemble, plus de la moitié correspondent à des virus infectant des bactéries.
Une petite partie, cependant, peut potentiellement infecter les vertébrés. En croisant les données avec la base de données The Global Virome in One Network (VIRION), qui regroupe des associations documentées entre virus et vertébrés, les auteurs ont identifié 60 virus ayant une forte probabilité d'infecter l'homme et 47 d'affecter d'autres mammifères. Sur les 60, 19 provenaient de milieux urbains et 34 d’échantillons d’origine animale.
La recherche a également identifié 166 bactériophages – virus spécialisés dans l’attaque et la destruction des bactéries – ayant des antécédents d’infection par quatre souches du groupe ESKAPE, qui regroupe des micro-organismes d’importance clinique, comme Staphylococcus aureus. Selon l'étude, cet ensemble pourrait ouvrir une voie de recherche sur l'utilisation de ces virus pour lutter contre ces agents pathogènes, grâce à ce que l'on appelle la phagothérapie.
Surveillance
En général, les surfaces urbaines, comme les rues, les banques, les gares et les magasins, présentaient une diversité virale plus faible que celle des milieux naturels, comme le sol et les sédiments – une indication, selon les auteurs, que l'activité humaine tend à homogénéiser ces communautés. Les eaux usées constituent l'exception : elles présentent l'une des plus grandes diversités de l'enquête, ce qui renforce leur potentiel pour la surveillance environnementale.
Parmi les échantillons hospitaliers, les villes de São Paulo et Islamabad, au Pakistan, ont montré une plus grande abondance de virus issus de familles pathogènes pour les vertébrés que Baltimore, aux États-Unis, et Séoul, en Corée du Sud. Camargo appelle à la prudence lors de la lecture de ces données : « Il est très difficile d'en déduire une quelconque explication biologique. Il pourrait s'agir simplement d'un échantillonnage. » L'étude elle-même reconnaît la limite : il existe des pays représentés par un seul type d'environnement, ce qui rend impossible de séparer l'effet de localisation de l'effet de pays.
En réunissant dans un même catalogue des séquences de différentes villes et environnements, UPVAtlas crée un point de départ pour de futures comparaisons : il sera possible de comparer ce qui existe aujourd'hui dans une ville avec ce qui existera dans dix ans et d'étudier comment les communautés virales évoluent en fonction de l'environnement et de la localisation.
Pour Camargo, connaître cette diversité est important précisément parce que les virus évoluent constamment. « Ce processus est étroitement lié à leur capacité à infecter les organismes, car les virus ne survivent que s'ils sont capables de se reproduire dans les cellules hôtes », explique-t-il.
(Avec informations de l'Agence Fapesp)
