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1 Virologie 2007, 11 : 5-12 Quand les évolutionnistes découvrent l importance des virus doi: /vir P. Forterre Université Paris-Sud, 91405, CNRS, UMR8621, Orsay Cedex, et Institut Pasteur, 25 rue du Docteur- Roux 75015, Paris <patrick.forterre@igmors.u-psud.fr> Depuis leur découverte, les virus ont posé un problème de fond aux biologistes qui se demandaient comment les situer dans l ensemble du monde vivant? Leur existence remet en effet en cause la théorie cellulaire qui affirme que tout être vivant est constitué de cellules. Au milieu du XX e siècle, la division du monde vivant entre eucaryotes et procaryotes a rendu la situation des virus encore plus délicate. Ces derniers se sont vus rattachés arbitrairement à l une de ces deux catégories en fonction de leurs hôtes, les virus «procaryotes», les bactériophages, étant clairement opposés aux virus «eucaryotes». Selon la vision la plus répandue, les virus correspondaient à des fragments d acides nucléiques provenant d organismes cellulaires (procaryote ou eucaryote) devenus autonomes et infectieux, dont l apparition devait être «relativement» récente (figure 1A). Cette vision est encore largement répandue, en particulier parmi les virologistes qui étudient les agents pathogènes de l homme. Il est, par exemple, couramment admis que les rétrovirus dérivent des rétro-éléments présents dans les génomes des vertébrés. Ainsi annexés aux deux grands groupes cellulaires, les virus se voyaient du même coup exclus de la réflexion sur l origine et l évolution de la vie. De plus, la division du monde viral en deux groupes, dont l origine était a priori différente, a conduit à diviser à son tour la famille des virologistes en deux communautés dont les motivations semblaient s opposer : plus académiques pour les spécialistes des phages, qui se retrouvaient généralement associés aux bactériologistes, et plus appliquées pour les spécialistes des virus animaux ou végétaux, regroupés avec les biologistes cellulaires (sous-entendu, des cellules eucaryotes). Modèles expérimentaux simples pour les pionniers de la biologie moléculaire, objets d étude privilégiés pour la microbiologie médicale, les virus n intéressaient pas les évolutionnistes, et seul un petit nombre de virologistes se préoccupaient de leur origine. La situation est en train de changer radicalement sous l influence de différents facteurs qui tous concourent à réintégrer les virus au sein d une vision plus unifiée du monde vivant. Les prémisses de cette évolution existaient déjà depuis longtemps, grâce aux travaux menés sur différents virus modèles à partir des années Ainsi, pour ma part, j avais été frappé, au début des années 1980, par les particularités de certaines ADN polymérases et ADN topo-isomérases virales. Ces dernières étaient très différentes de leurs homologues cellulaires et ne pouvaient donc pas être considérées comme des enzymes «procaryotes» ou «eucaryotes». L abolition de cette vision binaire du monde vivant, grâce aux travaux de phylogénie moléculaire de l équipe de Carl Woese [1], permettait dès cette époque de repenser complètement la question de l origine des virus. À partir du moment où le monde vivant cellulaire était divisé en trois domaines, les bactéries, les archées et les eucaryotes, sur la base de leurs ARN ribosomiques, pourquoi ne pas imaginer que les virus provenaient de domaines cellulaires aujourd hui disparus, suite à la perte de leurs ribosomes? De même, à partir du moment où l on introduisait la notion de progénote, un ancêtre commun universel ne correspondant ni à un procaryote ni à un eucaryote, pourquoi ne pas imaginer que cet ancêtre (appelé aujourd hui Luca pour last universal common ancestor) était lui-même infecté par des virus (figure 1B). Toutefois, il a fallu de Virologie, Vol. 11, n 1, janvier-février

2 Bactérie primitive A Monde à ARN B Procaryotes Ancienne virosphère Luca Bactériophages Eucaryotes Virus eucaryote nombreuses années pour que ces avancées sur le plan de l évolution et de la classification du monde vivant fassent leur chemin. La plupart des évolutionnistes ne s intéressaient pas aux virus, qui avaient été exclus de l arbre universel du vivant (faute de ribosomes) et la plupart des virologistes n étaient pas vraiment au courant des changements révolutionnaires qui s opéraient dans le domaine de l évolution, ou n en saisissaient pas les enjeux. Cette situation a toutefois évolué dans le bon sens ces dernières années et les deux communautés se sont rapprochées. Ainsi, lorsque Dennis Bamford et ses collaborateurs, à Helsinki, ont découvert des similarités de structure frappantes entre la protéine de capside du virus U6 (qui infecte une bactérie) et celle de l adénovirus (qui infecte l homme), ils n ont pas interprété cette observation dans le cadre de la dichotomie traditionnelle eucaryote/procaryote, mais ils ont supposé que les protéines de capside de ces deux virus avaient pu évoluer à partir de la capside d un virus ancestral déjà présent à l époque de Luca [2]. Plus récemment, lorsque Didier Raoult et ses collaborateurs ont découvert un virus géant, le mimivirus, dont le génome est trois fois plus gros que celui des plus petites bactéries, ils n ont pas hésité à faire l hypothèse iconoclaste selon laquelle ce virus pourrait être une relique d un quatrième domaine du vivant [3]. La question de l origine des virus se retrouve ainsi posée, pour la première fois avec autant de force, à la fois par les évolutionnistes et les virologistes, en même temps que la confusion, longtemps entretenue, entre origine des virus et émergence de nouveaux virus commence à se dissiper. Bactérie (bactériovirus) Archée (archéovirus) Eucaryotes (eucaryovirus) Figure 1. Deux visions de la relation entre cellules et virus. Dans la vision traditionnelle (A), les «bactériophages» dérivent des procaryotes et les virus «eucaryotes» dérivent des eucaryotes. Dans celle (B) issue des travaux de Carl Woese [1], les virus sont contemporains, ou même plus anciens, que le dernier ancêtre commun universel (Luca). Des virus provenant de l ancienne virosphère ont infecté indépendamment les trois lignées de cellules modernes, les archées, les bactéries et les eucaryotes. Je propose de les appeler bactériovirus, archéovirus et eucaryovirus. Virus ou cellules, qui est apparu le premier? Les trois hypothèses traditionnelles proposées pour expliquer l origine des virus sont actuellement remises au goût du jour en tenant compte de ce nouveau contexte [4, 5]. Dans la première de ces hypothèses, les virus seraient apparus avant même les cellules. Dans les deux autres, ils sont d origine cellulaire. Ils peuvent correspondre, soit à d anciennes cellules parasites qui auraient évolué vers la forme virale par perte complète de leur autonomie, soit à des fragments de génomes qui auraient échappé au contrôle de la cellule en devenant infectieux. La première de ces trois hypothèses, l origine primordiale des virus, a été pendant longtemps abandonnée. Il était admis que les virus n avaient pas pu apparaître avant les cellules puisqu ils ont précisément besoin de ces dernières pour se reproduire. Cela semble en effet évident lorsque nous pensons à la biosphère actuelle et à nos cellules «modernes». Mais qu en est-il si l on remonte à la période qui a précédé Luca? Selon Eugene Koonin et ses collègues, les cellules seraient apparues très tardivement au cours de l évolution. Dans leur scénario, Luca lui-même n était pas une cellule, mais une association de complexes macromoléculaires qui auraient peuplé les structures minérales poreuses d une ancienne cheminée hydrothermale (figure 2A). Dans cette hypothèse audacieuse, les virus seraient apparus bien avant les cellules, en utilisant comme premiers hôtes ces complexes macromoléculaires [6]. 6 Virologie, Vol. 11, n 1, janvier-février 2007

3 A Cage minérale B Complexes macromoléculaires autoréplicatifs Cellule à ARN Virus à ARN Cellule Virus L idée d un Luca acellulaire se heurte toutefois à une difficulté de taille : la liste des protéines universelles (présentes chez tous les êtres vivants cellulaires actuels, donc probablement chez Luca) comprend plusieurs protéines membranaires. La plupart des évolutionnistes pensent donc que Luca était bien cellulaire. Il reste à savoir s il en était de même pour ses prédécesseurs. En particulier, l idée d un monde à ARN purement moléculaire est encore populaire parmi les spécialistes des origines de la vie. Or, de nombreux auteurs pensent que les virus à ARN sont des reliques du monde àarn. La question de la nature du monde àarn est donc cruciale pour toute théorie sur l origine des virus. Certains auteurs réfutent l idée d un monde cellulaire à ARN, en raison de l instabilité intrinsèque de cette molécule. Cette instabilité n aurait pas permis la formation de génomes à ARN suffisamment grands pour coder toutes les fonctions nécessaires à la vie d une cellule [6]. Toutefois, la découverte récente de mécanismes qui permettent de réparer l ARN et d accroître la fidélité de la transcription par les ARN polymérases apporte de l eau au moulin des biologistes qui pensent, au contraire, que des cellules à ARN ont pu exister et évoluer vers des formes relativement complexes Cellule à ADN primitive Cellule moderne? Virus à ADN Virus à ADN Virus à ARN Figure 2. Les virus sont-ils apparus avant ou après les cellules? Deux scénarios ont été récemment proposés pour expliquer les premières étapes de l évolution. Dans le premier (A), les virus sont apparus avant les cellules, ils se multipliaient en parasitant des complexes autocatalytiques acellulaires, capables de synthétiser des protéines et qui évoluaient à l intérieur d une cheminée hydrothermale [6]. Dans le second (B), des cellules à ARN ont précédé les cellules à ADN [7]. Les virus à ARN seraient tout d abord apparus à l époque des cellules à ARN, puis les virus à ADN seraient apparus à partir des virus à ARN et/ou à partir de cellules à ADN primitives (flèches blanches) [4, 5]. [7, 8]. Pour eux, l évolution du monde à ARN n a pas pu aboutir à un mécanisme aussi complexe que celui de la synthèse des protéines, sans une compétition darwinienne entre véritables entités cellulaires (figure 2B). Si cette vision des choses est correcte, les deux hypothèses traditionnelles qui ont été proposées pour expliquer l origine «cellulaire» des virus peuvent alors être remises au goût du jour pour tenter d expliquer, cette fois, comment les virus à ARN sont apparus à partir des cellules à ARN [4, 7] (figure 3). Dans la première, des cellules à ARN vivant sous forme de parasites intracellulaires dans d autres cellules à ARN auraient évolué vers la forme virale en perdant leur machinerie de synthèse protéique et en produisant une forme spécialisée pour l infection, le virion (figure 3A). Dans la seconde, des fragments de génome d une cellule à ARN ont «inventé» le virion pour se transmettre directement d une cellule à l autre sans avoir à dépendre du mécanisme de division cellulaire (figure 3B). Dans les deux cas, l événement fondateur à l origine des virus est l invention de la capside qui permet le transport de l information génétique Virologie, Vol. 11, n 1, janvier-février

4 A Cellules à ARN parasites Virus (virion) Usine virale Cellules à ARN Virus B Cellules à ARN Chromosome à ARN virus virale. Notons toutefois que la forme active du virus (celle qui correspond à un véritable organisme) est l usine virale intracellulaire, le virion n étant qu un mode de transport sophistiqué permettant aux «usines virales» de se propager au sein des «usines cellulaires». Jean-Michel Claverie a récemment souligné, dans une remarquable revue [5], comment le fait d interpréter le virus en se focalisant non plus sur le virion, mais sur l usine cellulaire, permet d acquérir une perspective radicalement nouvelle en virologie et rend totalement obsolète la question : les virus sont-ils vivants? Les usines virales apparaissent en effet bien vivantes, puisqu elles sont capables de mobiliser tout le métabolisme et le mécanisme de synthèse des protéines de l hôte pour complémenter leur propre protéome, en produisant une machinerie particulièrement efficace de reproduction du «soi». Dans cette nouvelle vision, les virus peuvent être considérés comme des microorganismes acellulaires, représentant une seconde forme de vie terrestre, à côté de la forme cellulaire que l on retrouve chez les archées, les bactéries ou les eucaryotes. Usine virale Usine cellulaire Usine cellulaire Figure 3. Deux hypothèses pour l apparition des virus à partir de cellules à ARN [4]. Dans la première (A), les virus dérivent de cellules à ARN qui parasitaient d autres cellules à ARN. Dans la seconde (B), ils dérivent de chromosomes à ARN qui ont trouvé le moyen de se transférer d une cellule à l autre et de se multiplier sans passer par la division cellulaire classique. L origine des virus à ADN et l origine de l ADN Si les virus à ARN sont apparus les premiers, quelle est l origine des virus à ADN? Deux hypothèses ont été avancées : soit ces derniers descendent des virus à ARN, soit ils proviennent de cellules ancestrales à ADN [4, 5] (figure 2B). Cette dernière hypothèse a été récemment relancée par la découverte du mimivirus, avec son génome géant (1,2 Mb) codant plus de protéines, dont quelques protéines intervenant dans la traduction [3]. Des parasites intracellulaires à ADN d origine cellulaire auraient pu évoluer vers la forme virale en inventant de nouvelles capsides ou en empruntant celles de virus à ARN préexistants [6]. Il est toutefois fort probable que certains virus à ADN ont directement évolué à partir de virus à ARN. Cette hypothèse est en accord avec l existence de virus qui utilisent les deux types d acide nucléique dans leur cycle de réplication, tels les rétrovirus, avec leur cycle ARN-ADN- 8 Virologie, Vol. 11, n 1, janvier-février 2007

5 ARN et les hépadnavirus avec leur cycle ADN-ARN-ADN [5, 7]. L existence de ces virus, qui passent alternativement d une forme ARN à une forme ADN et vice versa, a depuis longtemps suggéré l idée selon laquelle les virus avaient dû jouer un rôle important dans la transition ARN-ADN. L ADN lui-même serait-il une «invention» virale? J ai proposé cette hypothèse en me fondant sur l existence de virus, tel le bactériophage T4, qui ont modifié leur génome pour échapper aux défenses de leurs hôtes (dans le cas de T4, toutes les cytosines ont été remplacées par de l hydroxyméthyl-cytosine) [9]. Rappelons que l ADN est un ARN ayant subi deux modifications chimiques : la réduction du ribose pour donner le désoxyribose et la méthylation de l uridine (au niveau du dump) pour donner la thymine. Un ou plusieurs virus à ARN auraient donc pu initialement modifier leurs génomes dans le cadre de la coévolution conflictuelle («course aux armements») entre cellules et virus. L apparition des ribonucléotides réductases et des thymidylate synthases se serait produite tout d abord dans les usines virales du monde à ARN pour donner naissance à des virus contenant de l ADN-U (contenant de l uracile à la place de la thymidine) puis à de vrais virus à ADN-T (le dttp étant produit dans les cellules modernes à partir du dump, via le dtmp). Si les premiers génomes àadn sont apparus dans le monde viral, comment peut-on imaginer le transfert ultérieur de l ADN des virus aux cellules? Plusieurs scénarios peuvent être proposés, par exemple la coexistence dans une même cellule d un génome à ARN ancestral en voie de disparition et d un plasmide à ADN d origine virale. Ce dernier aurait finalement permis la construction d un chromosome cellulaire à ADN par rétrotranscription de l ancien génome cellulaire à ARN [7]. Dans ce scénario hypothétique la capture d une cellule à ARN par un virus à ADN tous les êtres vivants cellulaires actuels seraient les descendants d un ou de plusieurs virus à ADN qui auraient pris le contrôle de cellules à ARN! Les virus à ADN et l origine des mécanismes 3R (réplication, réparation, recombinaison) L hypothèse d une origine virale de l ADN qui aurait donné rapidement naissance à un monde ancestral très diversifié de virus à ADN permet d expliquer la grande diversité des mécanismes 3R (réplication, recombinaison, réparation) chez les virus à ADN, comparée à la relative homogénéité de ces mécanismes dans le monde cellulaire. Ainsi, alors que toutes les cellules utilisent une amorce ARN fabriquée par une primase pour induire la réplication de leur ADN, les virus peuvent utiliser, selon les familles, soit des amorces à ARN classiques, soit des amorces protéiques. Les virus à ADN peuvent être à simple ou double brin et peuvent répliquer leurs ADN selon des modes très divers qui vont d un mécanisme de réplication totalement asymétrique (un brin après l autre), rappelant celui des virus à ARN, jusqu à un mécanisme complètement symétrique (réplication concourante des deux brins) identique à celui observé chez les organismes cellulaires, en passant par le mécanisme à cercle roulant qu ils partagent avec de nombreux plasmides. En parallèle à cette diversité dans leurs modes de réplication, les virus à ADN codent une grande variété d enzymes de réplication de l ADN. Si certaines de ces protéines sont des homologues très éloignés d enzymes cellulaires, telles que les ADN polymérases virales de la famille B, d autres sont spécifiques des virus (ou des plasmides, eux-mêmes probablement dérivés des virus), telles les hélicases de la superfamille III ou encore les protéines d induction de la réplication par cercle roulant. Si certaines protéines 3R ancestrales d origine virale ont ensuite été transférées de façon aléatoire aux différentes lignées de cellules modernes, on s attend à ce que la phylogénie de ces protéines ne s accorde pas avec la topologie de l arbre universel fondé sur les ribosomes. C est exactement ce que l on n observe pour de nombreuses protéines 3R cellulaires qui pourraient donc être d origine virale. Contrairement aux protéines de la traduction et de la transcription, les protéines 3R sont souvent spécifiques d un domaine, d un phylum ou même d une seule espèce, ce qui suggère leur entrée «récente» dans le monde cellulaire [7]. Un tel transfert est bien documenté dans le cas de la protéine d induction de la réplication DnaC découverte chez Escherichia coli et qui a sans doute été transférée récemment des virus lambdoïdes aux protéobactéries de la sousdivision gamma. Les transferts de protéines 3R des virus vers les cellules pourraient en particulier expliquer pourquoi les principales enzymes impliquées dans la réplication de l ADN chez les bactéries ne sont pas homologues aux protéines correspondantes chez les archées et les eucaryotes (bien que les mécanismes de la réplication eux-mêmes soient très semblables dans ces deux domaines). J ai proposé récemment trois explications faisant appel aux virus pour rendre compte de cette observation, l une des plus surprenantes faite grâce à la génomique comparée (figure 4). Dans la première (figure 4A), les protéines de la réplication chez les archées et les eucaryotes étaient déjà présentes chez Luca et elles ont été remplacées par des analogues fonctionnels d origine virale chez les bactéries [10]. Un tel scénario rappellerait l évolution de la mitochondrie. Il a, en effet, été montré que les ADN polymérases, ARN polymérases et ADN hélicases mitochondriales ne proviennent pas de la bactérie ancestrale qui a donné naissance aux mitochon- Virologie, Vol. 11, n 1, janvier-février

6 A Luca à ADN B Luca à ARN C Luca à ARN Bacteria Archaea Eukarya Bacteria Archaea Eukarya dries, mais d un provirus de la famille T3/T7 qui devait être intégré dans son génome [11]. Dans la seconde hypothèse (figure 4B), toutes les protéines de la réplication d origine virale ont été transmises indépendamment, d une part aux bactéries, de l autre aux archées et aux eucaryotes [9]. On voit que, dans ce cas, Luca faisait encore partie du monde à ARN. Dans la troisième hypothèse (figure 4C), les archées, les bactéries et les eucaryotes seraient apparus suite à la fusion indépendante de trois cellules à ARN complexes et de trois gros virus à ADN [12]. Ce modèle vise en particulier à expliquer les différences, souvent sous-estimées, entre les systèmes de réplication des archées et des eucaryotes. En effet, les ADN topo-isomérases et certaines ADN polymérases sont spécifiques de l un de ces deux domaines. Ainsi les ADN topo-isomérases II qui participent à la réplication de l ADN chez les archées et les eucaryotes ne sont pas homologues et les archées possèdent une ADN polymérase (famille D) qui n a pas d homologue dans le reste du monde vivant. Les virus et l origine des cellules eucaryotes Dans l hypothèse «trois virus, trois domaines», un virus géant à ADN est à l origine du génome des cellules eucaryotes [12]. Cette hypothèse, a priori surprenante, rejoint en fait celle qui avait été proposée par Phillip Bell et Bacteria Archaea Eukarya Figure 4. Trois scénarios pour le transfert des mécanismes de réplication de l ADN des virus aux cellules. Le trait pointillé indique le passage du monde à ARN cellulaire vers le monde à ADN cellulaire. Les ronds gris correspondent au système de réplication bactérien, caractérisé par l ADN polymérase III, famille des ADN polymérases C, la primase DnaG, l hélicase dnab et la protéine initiatrice DnaA. Les ronds noirs correspondent aux systèmes de réplication des archées et des eucaryotes caractérisés par les réplicases de la famille B, les primases de la famille PolE, l hélicase Mcm et les protéines initiatrices Cdc6. Dans le scénario C, le système de réplication des archées est en gris foncé pour signaler l existence de différences avec le système eucaryote (entre autres, l existence d une ADN polymérase de la famille D chez les archées, et de trois ADN réplicases de la famille B chez les eucaryotes). L enracinement de l arbre universel est une question encore en débat. Dans le scénario A, j ai choisi l enracinement dans la branche des eucaryotes, car il est plus facile a priori de remplacer un système de réplication complexe (celui des archées-eucaryotes) par un système simple et très efficace (celui des bactéries). Le scénario B implique un enracinement dans la branche des bactéries, le scénario C laisse ouvertes toutes les possibilités. Masaharu Takemura en 2001, l origine virale du noyau de la cellule eucaryote [13, 14]. Elle se fonde sur les nombreuses similarités qui existent entre le cycle intracellulaire des poxvirus, qui se répliquent dans le cytoplasme, et le cycle intracellulaire du noyau. En particulier, le recrutement du réticulum endoplasmique pour former, dans un cas, la membrane de l usine virale et, dans l autre, la membrane nucléaire. Dans cet ordre d idée, il est frappant de noter que les usines cellulaires du virus de la vaccine sont baptisées mininuclei et que celles du mimivirus ont été dans un premier temps confondues avec le noyau de l amibe qu il infecte [Didier Raoult, communication personnelle]. Si l hypothèse de l eucaryogenèse virale est correcte, je pense pour ma part, vu la complexité des cellules eucaryotes, que plusieurs virus ont contribué à la formation du noyau. L intervention de plusieurs virus dans ce processus pourrait en particulier expliquer la multiplicité des ARN et des ADN polymérases chez les eucaryotes. Les analyses phylogénétiques suggèrent en effet que les différentes versions de ces enzymes ne sont pas issues de duplications qui se seraient produites dans une lignée eucaryote primordiale. Contrairement à ce que l on attendrait en cas de duplication, les ADN polymérases a, d et e d une part et les ARN polymérases nucléaires I, II et III de l autre ne forment pas des groupes monophylétiques. Dans les deux cas, les différentes versions de la même enzyme eucaryote sont séparées les unes des autres, dans les arbres phylogénétiques, par les 10 Virologie, Vol. 11, n 1, janvier-février 2007

7 enzymes d archées et par plusieurs groupes d enzymes d origine virale [3, 15]. Autrement dit, si ces phylogénies sont correctes, l ancêtre commun aux trois versions de ces enzymes eucaryotes a également donné naissance aux enzymes d archées et aux enzymes virales, ce qui suggère une origine très ancienne, probablement virale. Jean-Michel Claverie a récemment proposé un mécanisme intéressant qui pourrait expliquer l intervention de plusieurs virus dans l eukaryogenèse. Selon lui, des noyaux de cellules eucaryotes primitives provenant de virus à ADN ont pu donner naissance à de nouveaux virus à ADN (nuclear viriogenesis), ceux-ci pouvant à leur tour réinfecter d autres cellules eucaryotes en voie de formation (viral eucaryogenesis) [6]. Cette évolution par «aller-retour» aurait pu conduire à la complexité actuelle de la cellule eucaryote qui aurait ainsi intégré du matériel génétique provenant de plusieurs virus géants à ADN. Un objectif pour le XXI e siècle, l exploration du monde viral La réintroduction des virus dans les schémas évolutifs a l avantage de tendre vers une unification du monde vivant. Dans ces schémas, les virus et les plasmides ne sont plus à la marge mais au cœur des discussions sur l origine et l évolution des cellules modernes. Ce regain d intérêt pour le monde viral va de pair avec une réévaluation de l importance des virus dans la biosphère actuelle. Il est aujourd hui admis que les virus sont beaucoup plus nombreux et divers que les cellules qui les hébergent. La diversité du monde viral a été particulièrement mise en évidence par la découverte de nouvelles familles de virus chez les archées hyperthermophiles. Si certains d entre eux ressemblent à des virus «bactériens» ou «eucaryotes», tel le virus STIV de Sulfolobus, dont la capside est homologue à celles du mimivirus, de l adénovirus et du bactériovirus U6, la très grande majorité des virus d archée ne présentent aucune similarité détectable avec d autres familles virales connues [16]. Certains de ces virus, tels les Ampullaviridae en forme de bouteille, se caractérisent par des morphologies jamais rencontrées auparavant dans le monde viral (et même dans le monde vivant tout court). L un d entre eux présente une forme de développement extracellulaire que l on pensait impossible pour un virion. La découverte des virus géants a également révélé l existence d une diversité virale qui était passée totalement inaperçue. Le critère ancien de distinction entre cellules et virus (fondé sur la taille) devient complètement inopérant dans ce contexte. On commence, en effet, à isoler de plus en plus de virus qui ne sont plus «ultrafiltrants». Du coup, l utilisation de la taille comme critère discriminant dans la plupart des travaux qui ont cherché à estimer l abondance et la diversité des virus dans la biosphère laisse penser que ceux-ci ont systématiquement laissé de côté tout un pan de la virosphère qui reste à découvrir. L hypothèse d une ancienne virosphère qui aurait précédé Luca, à l origine d une infinité de protéines spécifiquement virales, a également été mise à profit ces dernières années pour expliquer le nombre relativement élevé de protéines orphelines dans tous les génomes cellulaires séquencés. Ces orphelins pourraient provenir d un gigantesque réservoir de gènes viraux qui pénètrent en permanence dans les génomes cellulaires [7, 17], ce qui expliquerait en particulier la présence de nombreux gènes qui n ont pas d homologue dans les génomes d espèces pourtant très proches. Si les transferts de gènes des cellules vers les virus sont bien documentés (leur existence a même été utilisée pendant longtemps pour supporter l idée selon laquelle les virus dérivent des cellules), les transferts de gènes des virus vers les cellules sont certainement beaucoup plus fréquents (peut-être de plusieurs ordres de grandeur), ne serait-ce que parce que les virus eux-mêmes sont beaucoup plus abondants et divers que les cellules qui les hébergent! Les multiples traces de génomes viraux reconnaissables dans les génomes cellulaires actuels sont un témoignage de ce processus. Notons que, si les cellules ont été depuis des temps immémoriaux soumises au bombardement constant des gènes viraux, cela n a pas pu être sans conséquence sur leur propre évolution, ce qui nous ramène aux hypothèses discutées plus haut, selon lesquelles les virus ont joué un rôle majeur dans l origine et l évolution des génomes à ADN. Bien sûr, toutes les spéculations proposées actuellement pour expliquer l origine des virus et leurs relations évolutives avec les cellules souffrent d un défaut majeur. Elles sont dépendantes de nos connaissances actuelles sur le monde viral qui sont très biaisées. Nous avons appris ces dernières années, grâce à l écologie moléculaire microbienne, que nous avions déjà considérablement sous-estimé l abondance et la diversité de la biosphère microbienne, qu il s agisse des bactéries, des archées ou des protistes. Nous ne possédons pas de représentants cultivables pour près de la moitié des divisions bactériennes identifiées par amplification de leurs ARN 16S, que dire de leurs virus! De même, nous ne savons pratiquement rien des virus qui s attaquent à la multitude des microorganismes regroupés sous le nom de «protistes» et qui peuplent les huit grands royaumes reconnus aujourd hui au sein des eucaryotes. Nos informations sont essentiellement limitées aux virus qui attaquent l homme, quelques organismes modèles ou des organismes ayant un intérêt économique (végétaux, animaux domestiques, bactéries lactiques, etc.). Ces données préliminaires ont pendant longtemps fait croire, à mon avis à tort, que nous possédions une très bonne connaissance du monde viral et que les mêmes virus seraient retrouvés plus ou moins partout (ce qui rendait leur recher- Virologie, Vol. 11, n 1, janvier-février

8 che en apparence sans grand intérêt). L exemple des virus d archées ou du mimivirus montre qu il n en est rien. Nous avons sans doute sous-estimé la diversité virale, et les virus représentent de mon point de vue une mine d or inestimable, au sein de laquelle les générations futures de biologistes pourront puiser des millions de gènes et de protéines nouvelles d intérêt académique ou industriel. Du même coup, ces travaux ne manqueront pas de nous en apprendre plus sur l origine et l évolution des virus, mettant ainsi à l épreuve les théories actuelles. Références 1. Woese CR, Fox GE. Phylogenetic structure of the prokaryotic domain : the primary kingdoms. Proc Natl Acad Sci USA 1977 ; 74 : Bamford DH, Grimes JM, Stuart DI. What does structure tell us about virus evolution? Curr Opin Struct Biol 2006 ; 15 : Raoult D, Audic S, Robert C, et al. The 1.2-megabase genome sequence of Mimivirus. Science 2004 ; 306 : Forterre P. The origin of viruses and their possible roles in major evolutionary transitions. Virus Res 2006 ; 117 : Claverie JM. Virus takes center stage in cellular evolution. Genome Biol 2006;7: Koonin EV, Senkevich TG, Dolja VV. The ancient virus world and evolution of cells. Biol Direct 2006 ; 1 : Forterre P. The two ages of the RNA world, and the transition to the DNA world, a story of viruses and cells. Biochimie 2005 ; 87 : Poole AM, Logan DT. Modern mrna proofreading and repair : clues that the last universal common ancestor possessed an RNA genome? Mol Biol Evol 2005 ; 22 : Forterre P. The origin of DNA genomes and DNA replication proteins. Curr Opin Microbiol 2002 ; 5 : Forterre P. Displacement of cellular proteins by functional analogues from plasmids or viruses could explain puzzling phylogenies of many DNA informational proteins. Mol Microbiol 1999 ; 33 : Filée J, Forterre P. Viral proteins functioning in organelles : a cryptic origin? Trends Microbiol 2005 ; 13 : Forterre P. Three RNA cells for ribosomal lineages and three DNA viruses to replicate their genomes : a hypothesis for the origin of cellular domain. Proc Natl Acad Sci USA 2006 ; 103 : Bell PJL. Viral eukaryogenesis : was the ancestor of the nucleus a complex DNA virus? J Mol Evol 2001 ; 53 : Takemura M. Poxvirus and the origin of the eukaryotic nucleus. JMol Evol 2001 ; 52 : Filee J, Forterre P, Sen-Li T, Laurent J. Evolution of DNA polymerase families : evidences for multiple gene exchange between cellular and viral proteins. J Mol Evol 2002 ; 54 : Prangishvili D, Forterre P, Garrett R. Viruses of the Archaea : a unifying view. Nat Rev Microbiol 2006 ; 4 : Daubin V, Ochman H. Start-up entities in the origin of new genes. Curr Opin Genet Dev 2004 ; 14 : Virologie, Vol. 11, n 1, janvier-février 2007