Des travailleurs médicaux marchent vers une ambulance dans un hôpital de Kommunarka, à l'extérieur de Moscou, en Russie, le dimanche 23 janvier 2022. (AP Photo/Alexander Zemlianichenko)
Alors que les infirmières et les médecins luttent avec une vague record de cas d'omicron, les biologistes de l'évolution sont engagés dans leur propre lutte : découvrir comment cette variante qui domine le monde a vu le jour.
Lorsque la variante omicron a décollé en Afrique australe en novembre, les scientifiques ont été surpris par sa constitution génétique. Alors que les variantes antérieures différaient de la version originale de Wuhan du coronavirus par une douzaine ou deux mutations, omicron en avait 53 – un saut étonnamment important dans l'évolution virale.
Dans une étude publiée en ligne la semaine dernière, une équipe internationale de scientifiques ont encore approfondi le mystère. Ils ont découvert que 13 de ces mutations étaient rarement, voire jamais, trouvées dans d'autres coronavirus, ce qui suggère qu'elles auraient dû être nocives pour l'omicron. Au lieu de cela, lorsqu'elles agissent de concert, ces mutations semblent être la clé de certaines des fonctions les plus essentielles d'omicron.
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Maintenant, les chercheurs tentent de comprendre comment omicron a défié les règles normales de l'évolution et a utilisé ces mutations pour devenir un vecteur de maladie si efficace.< /p>
“Il y a un mystère ici que quelqu'un doit comprendre”, a déclaré Darren Martin, un expert en virus à l'Université du Cap qui a travaillé sur la nouvelle étude.
Une image fournie par les National Institutes of Health montre une micrographie électronique à balayage colorisée d'une cellule infectée par un coronavirus. (National Institutes of Health via The New York Times)
Les mutations font partie intégrante de l'existence d'un coronavirus. Chaque fois qu'un virus se réplique à l'intérieur d'une cellule, il y a une petite chance que la cellule crée une copie défectueuse de ses gènes. Beaucoup de ces mutations rendraient les nouveaux virus défectueux et incapables de rivaliser avec d'autres virus.
Mais une mutation peut aussi améliorer un virus. Cela pourrait rendre le virus plus étroitement collé aux cellules, par exemple, ou le faire se répliquer plus rapidement. Les virus qui héritent d'une mutation bénéfique peuvent surpasser les autres.
Pendant la majeure partie de 2020, les scientifiques ont découvert que différentes lignées de coronavirus dans le monde ont progressivement détecté une poignée de mutations. Le processus d'évolution a été lent et régulier, jusqu'à la fin de l'année.
En décembre 2020, des chercheurs britanniques ont été secoués pour découvrir une nouvelle variante en Angleterre portant 23 mutations non trouvées dans le coronavirus original isolé à Wuhan, en Chine, un an auparavant.
Cette variante, plus tard nommée alpha, a rapidement balayé à la domination mondiale. Au cours de 2021, d'autres variantes à propagation rapide sont apparues. Alors que certains restaient limités à certains pays ou continents, la variante delta, avec 20 mutations distinctes, a évincé l'alpha et est devenue dominante au cours de l'été.
Et puis est arrivé l'omicron, avec plus de deux fois plus de mutations.
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Dès la découverte d'omicron, Martin et ses collègues se sont attelés à reconstituer l'évolution radicale de la variante en comparant ses 53 mutations à celles d'autres coronavirus. Certaines mutations étaient partagées par omicron, delta et d'autres variantes, suggérant qu'elles étaient apparues plusieurs fois et que la sélection naturelle les avait favorisées à maintes reprises.
Mais les scientifiques ont trouvé un schéma différent lorsqu'ils ont examiné le protéine “spike” qui cloute la surface de l'omicron et lui permet de se verrouiller sur les cellules.
Le gène de pointe d'Omicron a 30 mutations. Les chercheurs ont découvert que 13 d'entre eux étaient extraordinairement rares dans d'autres coronavirus – même leurs lointains cousins viraux trouvés chez les chauves-souris. Certains des 13 n'avaient jamais été vus auparavant parmi les millions de génomes de coronavirus que les scientifiques ont séquencés au cours de la pandémie.
Si une mutation était bénéfique pour le virus, voire neutre, les scientifiques s'attendraient à ce qu'elle soit apparaissent plus souvent dans les échantillons. Mais s'il est rare ou complètement absent, c'est généralement un signe qu'il est nocif pour le virus, l'empêchant de se multiplier.
“Quand vous voyez ce schéma, il vous dit quelque chose de très fort et de très clair”, a déclaré Martin. “Tout ce qui subit un changement sur ces sites sera probablement défectueux et ne survivra pas très longtemps et s'éteindra.”
Et pourtant, omicron bafouait cette logique. “Omicron n'était pas exactement en train de mourir”, a déclaré Martin. “Cela décollait comme jamais auparavant.”
Ce qui rend ces 13 mutations d'autant plus intrigantes, c'est qu'elles ne sont pas dispersées au hasard sur le pic d'omicron. Ils forment trois grappes, chacune modifiant une petite partie de la protéine. Et chacun de ces trois domaines joue un grand rôle dans ce qui rend omicron unique.
Deux des grappes modifient la pointe près de son extrémité, ce qui rend plus difficile pour les anticorps humains de se coller au virus et de le garder hors des cellules. En conséquence, omicron est efficace pour infecter même les personnes qui ont des anticorps provenant de vaccinations ou d'une infection COVID précédente.
Le troisième groupe de mutations modifie le pic plus près de sa base. Cette région, connue sous le nom de domaine de fusion, entre en action une fois que la pointe de la pointe s'est accrochée à une cellule, permettant au virus de délivrer ses gènes à l'intérieur de son nouvel hôte.
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Généralement, les coronavirus utilisent le domaine de fusion pour fusionner avec la membrane d'une cellule. Leurs gènes peuvent alors flotter dans les profondeurs de la cellule.
Mais le domaine de fusion d'omicron fait généralement quelque chose de différent. Plutôt que de se fondre dans la membrane cellulaire, le virus entier est englouti dans une sorte de gouffre cellulaire, qui se pince pour former une bulle à l'intérieur de la cellule. Une fois que le virus est capturé à l'intérieur de la bulle, il peut s'ouvrir et libérer ses gènes.
Cette nouvelle voie d'infection peut aider à expliquer pourquoi omicron est moins grave que delta. Les cellules des voies respiratoires supérieures peuvent facilement avaler l'omicron sous forme de bulles. Mais au plus profond des poumons, où le COVID peut causer des dommages potentiellement mortels, les coronavirus doivent fusionner avec les cellules, ce qu'omicron ne fait pas bien.
Ces trois régions du pic semblent avoir été importantes pour l'omicron. Succès. Cela rend d'autant plus déroutant que ces 13 mutations étaient si rares avant omicron.
Martin et ses collègues soupçonnent que la raison en est “l'épistasie” : un phénomène évolutif qui peut rendre les mutations nuisibles en elles-mêmes mais bénéfiques lorsqu'elles sont combinées.
Des personnes font la queue devant un site de test sans rendez-vous Covid-19, le 5 décembre 2021, à Cambridge, Mass. (AP Photo/Michael Dwyer, File)
Omicron a peut-être tourné un lot de 13 mauvaises mutations à son avantage en évoluant dans des conditions inhabituelles. Une possibilité est qu'il soit apparu après une période prolongée à l'intérieur du corps d'une personne dont le système immunitaire est particulièrement faible, comme un patient atteint du VIH. Les personnes atteintes d'infections chroniques au COVID-19 peuvent devenir des laboratoires évolutifs, hébergeant de nombreuses générations de coronavirus.
L'évolution peut se dérouler différemment chez un tel hôte qu'elle ne le ferait en passant d'une personne en bonne santé à une autre tous les quelques jours ou semaines.
“Maintenant, il est coincé dans cet individu, alors tout d'un coup, il fait des choses qu'il ne ferait pas normalement”, a déclaré Sergei Pond, biologiste de l'évolution à l'Université Temple et auteur de la nouvelle étude.
Parce qu'un hôte immunodéprimé ne produit pas beaucoup d'anticorps, de nombreux virus doivent se propager. Et de nouveaux virus mutants résistants aux anticorps peuvent se multiplier.
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Une mutation qui permet à un virus d'échapper aux anticorps n'est pas nécessairement avantageuse. Cela pourrait rendre la protéine de pointe du virus instable afin qu'elle ne puisse pas se verrouiller rapidement sur une cellule, par exemple. Mais à l'intérieur d'une personne dont le système immunitaire est affaibli, les virus peuvent être capables d'acquérir une nouvelle mutation qui stabilise à nouveau le pic.
Des mutations similaires auraient pu se développer encore et encore chez la même personne, spécule Pond, jusqu'à ce qu'omicron développe une protéine de pointe avec juste la bonne combinaison de mutations pour lui permettre de se propager extrêmement bien parmi les personnes en bonne santé.
” Cela semble certainement plausible », a déclaré Sarah Otto, biologiste de l'évolution à l'Université de la Colombie-Britannique qui n'a pas participé à l'étude. Mais elle a ajouté que les scientifiques devaient encore mener des expériences pour exclure d'autres explications.
Il est possible, par exemple, que les 13 mutations de pointe n'offrent aucun avantage à omicron. Au lieu de cela, certaines des autres mutations de pointe pourraient faire réussir omicron, et les 13 sont juste de la partie.
“Je serais prudent quant à l'interprétation des données pour indiquer que toutes ces mutations auparavant délétères ont été favorisée de manière adaptative », a déclaré Otto.
Écrit par Carl Zimmer. Cet article a été initialement publié dans le New York Times
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