Séquençage des virus et du virome

Virus

Les virus, ces structures minuscules et apparemment simples, suscitent de plus en plus d'attention de la part des scientifiques du monde entier. Avec leurs caractéristiques uniques et leur impact profond sur les organismes vivants, les virus sont une source de fascination et de complexité qui s'étend bien au-delà de leur taille réduite.

Ils sont composés d'un noyau d'acide nucléique, soit de l'ADN soit de l'ARN, enfermé dans une coque protéique. Contrairement aux organismes cellulaires, les virus manquent de l'équipement cellulaire essentiel pour une réplication indépendante. Par conséquent, ils doivent parasiter des cellules vivantes pour se reproduire, détournant ainsi la machinerie cellulaire de leurs hôtes. Cette nature parasitaire alimente leur prolifération de manière réplicative, provoquant souvent des maladies chez leurs organismes hôtes.

Les virus peuvent être largement classés en six groupes principaux :

• Virus à ADN double brin : Ces virus possèdent un génome à ADN double brin et dépendent de la machinerie cellulaire de l'hôte pour leur réplication.
• Virus à ADN simple brin positif (+ ADN) : Leur ADN simple brin sert de modèle pour créer un brin complémentaire.
• Virus à ARN double brin : Ces virus portent un génome à ARN double brin, qui peut être utilisé directement comme modèle pour la synthèse des protéines.
• Virus à ARN simple brin positif (+ARN) : Leur ARN simple brin est directement utilisé comme ARN messager (ARNm) pour la synthèse des protéines.
• Virus à ARN monocaténaire à brin négatif (-ARN) : Le génome à ARN monocaténaire de ces virus doit être converti en une forme utilisable avant la synthèse des protéines.
• Rétrovirus : Ces virus uniques utilisent la transcription inverse pour convertir leur génome ARN en ADN, qui est ensuite intégré dans le génome de l'hôte.

Recherche sur le virome

Dans le domaine de la microbiologie, l'étude des virus a subi un changement transformateur avec l'émergence de recherche sur le viromeCette discipline vise à comprendre la tapisserie complexe de la diversité virale présente dans divers environnements. Bien que la recherche sur le virome partage certaines similitudes avec les technologies de métagénome et d'amplicon, elle possède également des caractéristiques distinctes et fait face à des défis uniques qui la différencient.

Composants du Virome et leur Relation avec la Relation Génotype/Phénotype. (Virgin, 2014)

Similarités

• Analyse basée sur des échantillons : Les trois technologies—virome, métagénome et amplicon—sont fondées sur l'étude de l'ADN microbien au sein d'un échantillon, évitant ainsi la nécessité d'isolement, de culture ou de purification microbienne.
• Informations génomiques : Ces approches tirent parti des informations génomiques présentes dans l'échantillon, permettant aux chercheurs d'obtenir des aperçus sur la composition génétique des microorganismes habitant l'environnement.

Différences

• Complexité du virome et défis d'extraction : La recherche sur le virome se concentre spécifiquement sur les virus et les particules virales dans un échantillon. Contrairement aux bactéries, les virus manquent de marqueurs génétiques cohérents et présentent une évolution génétique rapide. Les chercheurs sur le virome rencontrent souvent des défis dans l'enrichissement et l'extraction du matériel génétique viral, avec des taux de réussite d'extraction généralement faibles, ajoutant une couche de complexité.
• Analyse compositionnelle : La technologie virome cherche à déchiffrer la diversité des virus présents dans un échantillon, fournissant des informations cruciales pour la découverte de virus, le traçage des sources virales et les systèmes d'alerte précoce microbienne. Cela est distinct de technologie du métagénome qui implique l'étude de l'ensemble de la communauté microbienne présente, et la technologie des amplicons qui amplifie et analyse des régions spécifiques de l'ADN microbien, souvent utilisée dans l'analyse de la structure des communautés microbiennes.
• Proportions de données et discrimination : Dans la recherche sur le virome, lors de l'analyse des données de séquençage, une proportion substantielle est souvent attribuée aux informations génétiques de l'hôte et des bactéries, ce qui peut éclipser le composant viral. Distinguer entre les lectures virales et bactériennes devient un défi, impactant l'utilisation efficace des données. En revanche, le métagénome et technologies d'amplicon tendent à se concentrer plus spécifiquement sur les génomes microbiens.
• Diversité taxonomique : Les virus présentent une vaste gamme de diversité génomique par rapport aux bactéries, aux archées et à d'autres microorganismes. Cette diversité pose des défis dans la classification et l'identification des espèces virales, car elles manquent de gènes universellement conservés.
• Applications de recherche : La recherche sur le virome joue un rôle essentiel dans la découverte de la diversité virale, le traçage des sources d'infection et l'identification de pathogènes potentiels. Technologie du métagénomed'autre part, fournit des informations sur la dynamique plus large des communautés microbiennes, tandis que la technologie des amplicons aide souvent à comprendre les structures et les interactions des communautés microbiennes.

En essence, la recherche sur le virome se présente comme une discipline dynamique et en évolution qui ouvre des fenêtres sur le monde caché des virus. Ses défis distinctifs, tels que les faibles taux d'extraction et la prévalence des lectures d'hôtes et de bactéries, nécessitent des approches innovantes pour l'analyse et l'interprétation des données. Ce domaine contribue non seulement à notre compréhension de la diversité et de l'évolution virales, mais il promet également des applications dans la santé publique, la surveillance environnementale et la prévention des maladies.

Applications du séquençage du virome

L'émergence de séquençage du virome a ouvert un monde de possibilités, permettant aux chercheurs d'explorer les dimensions cachées de la diversité virale et ses implications profondes. Cette technologie révolutionnaire offre un immense potentiel dans un large éventail d'applications, allant de la santé humaine aux dynamiques écologiques, au traçage des agents pathogènes, et au-delà.

Les étapes de l'étude métagénomique du virome. (Garmaeva et al., 2019)

• Aperçus sur la santé humaine : Le corps humain, un écosystème complexe en soi, abrite une multitude de virus qui jouent des rôles cruciaux dans la santé et la maladie. Séquençage du virome offre une perspective unique à travers laquelle les chercheurs peuvent explorer les diverses communautés virales résidant dans différents tissus du corps humain. En étudiant les viromes de sites anatomiques spécifiques—tels que les intestins, la cavité buccale et les selles—les scientifiques peuvent déchiffrer les relations complexes entre ces virus, l'hôte et la santé humaine. Cette exploration pourrait révéler des liens potentiels entre la composition virale et certaines conditions de santé, ouvrant la voie à des stratégies diagnostiques et thérapeutiques innovantes.
• Dynamiques environnementales : Les différents écosystèmes de la Terre—allant des sols et des eaux aux environnements marins—sont grouillants de vie virale qui interagit de manière complexe avec l'environnement environnant. Le séquençage du virome permet aux scientifiques de cartographier les compositions virales au sein de ces niches écologiques, fournissant des aperçus sur les relations complexes entre les virus, les communautés microbiennes et les cycles biochimiques plus larges de notre planète. En comprenant les rôles que jouent les virus dans ces écosystèmes, les chercheurs peuvent potentiellement exploiter leurs capacités pour relever des défis environnementaux, tels que le cycle des nutriments et la préservation de la diversité microbienne.
• Traçage des agents pathogènes et épidémies : À la suite des maladies infectieuses émergentes, la capacité à retracer les origines et les voies des agents pathogènes viraux devient primordiale. Séquençage du virome peut agir comme un outil puissant pour découvrir les sources des virus et suivre leurs mouvements. Cela est particulièrement pertinent dans le contexte des maladies zoonotiques, où les virus passent des animaux aux humains. En étudiant les viromes des animaux, des humains et des environnements qu'ils partagent, les chercheurs peuvent obtenir des informations sur les voies de transmission potentielles et développer des stratégies pour la prévention et le contrôle des maladies.
• Alerte Microbienne Précoce : La détection rapide des agents pathogènes viraux est cruciale pour prévenir les épidémies et protéger la santé publique. Le séquençage des viromes offre la possibilité de servir de système d'alerte précoce pour les menaces virales émergentes. En surveillant en continu les viromes au sein de divers écosystèmes—tels que les champs agricoles, les sources d'eau et les populations animales—les scientifiques peuvent détecter des changements dans la diversité et l'abondance virales qui pourraient signaler l'émergence de nouveaux agents pathogènes. Cette approche proactive pourrait permettre des réponses plus rapides aux épidémies potentielles.
• Interactions hôte-virus : Comprendre l'interaction complexe entre les virus et leurs organismes hôtes est un pilier de la recherche sur le virome. En étudiant les effets des virus sur les communautés microbiennes, les chercheurs peuvent élucider comment les virus façonnent les écosystèmes et influencent la dynamique des populations hôtes. Cette connaissance enrichit notre compréhension des processus écologiques fondamentaux et a des applications en agriculture, en conservation et en gestion des écosystèmes.

Références :

1. Virgin, Herbert W. "Le virome dans la physiologie et la maladie des mammifères." Cellule 157,1 (2014) : 142-150.
2. Garmaeva, Sanzhima, et al."Étudier le virome intestinal à l'ère métagénomique : défis et perspectives." BMC biologie 17.1 (2019) : 1-14.