Depuis 2003, la découverte de virus géants et l’étude de leurs propriétés singulières a bouleversé la Virologie jusqu’au réexamen du concept même de virus. Deux laboratoires marseillais se sont particulièrement illustrés dans l’émergence soudaine de ce domaine de recherche dont voici l’historique.

1Depuis maintenant plus de 20 ans, Marseille est, et reste encore la ville emblématique des virus géants. Dans ce chapitre, nous verrons dans quelles circonstances improbables le premier d’entre eux y a été identifié, puis comment cette même ville a continué d’associer son nom à cette thématique de recherche au fur et à mesure qu’elle prenait une importance croissante au sein de la communauté des virologistes, d’abord un peu sceptiques à son égard.

2Car en l’espace d’une douzaine d’années, de 2003 à 2015, Marseille ne s’est pas seulement illustrée par la découverte et la caractérisation d’un unique nouveau virus aussi spectaculaire soit-il, mais par celle de cinq nouvelles familles distinctes de ces virus aux propriétés hors normes, par ordre d’entrée en scène : les Mimiviridae (1), les Marseilleviridae (2), les Pandoraviridae (3), les Pithoviridae (4), les Molliviridae (5). A cette liste déjà longue, il faut ajouter celle des Lavidaviridae (6), plus connue comme la famille des virophages (cf. glossaire), virus parasites des Mimiviridae. Plus qu’un nouveau chapitre de la virologie, ces découvertes en constituent un tome entier dont l’écriture progressive contribue à l’éclairage de la discipline toute entière. Car, c’est à la lumière de ces nouvelles connaissances que sont maintenant reposées des questions fondamentales comme leur définition même (7) (sont-ils vivants ?), leur(s) origine(s) et leur co-évolution avec le monde cellulaire (et pré-cellulaire) (8), leur implication éventuelle dans l’émergence des eucaryotes (9), et plus globalement une réévaluation de l’importance du rôle des virus dans les grands équilibres écologiques planétaires, notamment au sein des océans (10).

3Etonnamment, tous les prototypes de chaque nouvelle famille de virus géants listée ci-dessus ont été découverts et caractérisés au sein de deux seuls laboratoires marseillais, aux historiques bien différents. D’une part, l’unité des Rickettsies (UMR6020) (UR), un grand laboratoire hospitalo-universitaire de microbiologie bien établi, situé sur le campus de la Timone, dirigé par le professeur Didier Raoult, d’autre part, une toute petite unité propre du CNRS (UPR2589), intitulée « Information génétique et structurale » (IGS), créée en 1995 sur le campus Joseph Aiguier au sein de l’Institut de biologie moléculaire et de microbiologie, autour de deux personnels permanents (Chantal Abergel et Jean-Michel Claverie) de retour d’un séjour de cinq années au National Institutes of Health à Bethesda, aux Etats-Unis. Financé par des reliquats du programme de recherche interdisciplinaire IMABIO, le concept derrière ce nouveau laboratoire était de rassembler dans une même équipe des approches théoriques (comme la bioinformatique, alors naissante) et expérimentales (biologie structurale, et génomique aussi en émergence).

4Etant donnée sa petite taille, et en l’absence de connexion préalable avec la communauté scientifique locale, notre petite équipe a rapidement recherché dans l’environnement Marseillais un laboratoire performant, susceptible de tirer le meilleur parti de nos expertises en bioinformatique et en génomique, deux spécialités très peu répandues à l’époque, en échange de nous fournir une ouverture sur des objets d’études originaux. Nous avons alors rapidement identifié l’Unité des Rickettsies, déjà établie comme une référence mondiale pour l’isolement des bactéries parasites intracellulaires, comme le meilleur partenaire avec lequel mener de multiples projets de génomique microbienne (cf. glossaire). Au cours de huit années de collaborations fécondes, nos projets ont alors abouti au séquençage complet des génomes de douze bactéries pathogènes d’intérêt biomédical majeur (donc 5 Rickettsies (11), 3 Acinetobacters (12) et deux Borrelias (13)). Mais une anomalie, un imprévu, n’allait pas tarder à se glisser au beau milieu de cette collaboration devenant presque routinière. La source d’une découverte qui, paradoxalement, allait révéler l’étendue insoupçonnée de notre ignorance de ce qu’on n’appelait pas encore, la virosphère.

De Bradfordcoccus à Mimivirus

5L’aventure marseillaise de Mimivirus a en fait commencé en 1992 dans le laboratoire de Santé public de Leeds (dans le Yorkshire) où le microbiologiste Timothy Rowbotham recherchait l’origine d’une épidémie de pneumonie dans l’hôpital de la ville voisine de Bradford. Spécialiste d’un type de bactéries causant des cas sévères de pneumonie (les légionelles), il avait mis au point une technique permettant de les isoler en exposant des cultures d’amibes à des prélèvements cliniques ou environnementaux (14). C’est en utilisant ce protocole sur un échantillon d’eau d’une tour de refroidissement qu’il a cette fois la surprise de voir ses cultures d’amibes Acanthamoeba servir d’hôte à la multiplication d’un microorganisme, clairement distinct des légionelles, qu’il baptise « Bradford coccus » pensant avoir isolé un nouveau genre de bactérie parasite intracellulaire. L’aventure va pourtant s’arrêter là, et la découverte de Bradford coccus ne sera jamais publié, le nouveau microbe se révélant rebelle aux méthodes d’identification taxonomique disponibles à l’époque, y compris au séquençage du gène de l’ARN ribosomal 16S. Le mystérieux microbe va alors passer quelques années dans les congélateurs de Tim Robotham, jusqu’à ce que le Dr. Richard Birtles l’apporte à Marseille en 1995 parmi d’autres échantillons de bactéries intracellulaires infectant Acanthamoeba en vue d’une analyse plus poussée par les spécialistes des bactéries intracellulaires obligatoires de l’Unité des Rickettsies (15). Bradford coccus continuera alors de déjouer toutes les tentatives d’identification, jusqu’à ce qu’une ultime inspection de son ultrastructure par microscopie électronique révèle sa curieuse apparence icosaédrique et finisse par (enfin !) suggérer qu’il s’agisse d’un virus géant, le premier visible au microscope optique. Il faudra néanmoins le support d’une analyse sommaire de son cycle infectieux et d’un séquençage partiel de son génome pour faire accepter ce concept révolutionnaire à la communauté scientifique. La découverte du plus grand virus sera publiée en mars 2003 dans un article d’une seule page de Science (une « brevia », format abandonné depuis) (1). Après dix ans de blocage épistémologique (7), le mystérieux Bradford coccus était finalement réinterprété comme « Mimivirus » (pour « Microbe mimicking virus »).

6Rétrospectivement, plusieurs erreurs dans ce premier article témoignent de notre méconnaissance initiale d’un domaine dans lequel nous venions de plonger par hasard : le génome de Mimivirus y est décrit comme circulaire, et ses particules comme synthétisées dans le noyau ! (Fig. 1). Fort heureusement ces erreurs seront vite corrigées un an plus tard, dans un article complet (16) dont les résultats et les implications évolutives sont restées valides jusqu’à aujourd’hui, comme la réplication entièrement cytoplasmique des Mimiviridae, et l’hypothèse que leur origine ait pu précéder l’émergence des cellules eucaryotes (cf. glossaire).

7Avec sa particule icosaédrique d’un diamètre de plus de 700 nm, Mimivirus remettait en question la « filtrabilité », un dogme séculaire, fondateur de la virologie. En y incorporant une molécule d’ADN génomique de 1.18 million de nucléotides codant près de 1000 protéines, soit plus que certaines bactéries, Mimivirus violait également la frontière de la complexité génétique historiquement établie entre le monde cellulaire et le monde viral, justifiant doublement son titre de virus « géant ». Rappelons que le plus grand génome viral connu à cette époque, déjà qualifié de « géant », n’était long que de 330.000 nucléotides. Il s’agissait du virus PBCV-1 (pour paramecium bursaria chlorella virus), infectant une microalgue symbionte d’une paramécie. Il avait été isolé et était étudié depuis 1982 par Jim van Etten et sa petite équipe de l’université du Nebraska à Lincoln. Par son intermédiaire, nous avons été rapidement accueillis au sein de la petite (mais très amicale) communauté de chercheurs passionnés par les virus d’algues, dont l’expérience allait nous être précieuse pour la suite de nos explorations environnementales.

De 2003 à 2009 : deux stratégies de recherche sur Mimivirus

8A partir de 2005, les recherches sur Mimivirus ont suivi des orientations différentes dans les deux laboratoires responsables de sa découverte, en cohérence avec leurs expertises distinctes. L’unité des Rickettsies s’est notamment efforcée d’identifier des signes de l’implication des Mimiviridae en pathologie humaine, mais sans obtenir de résultats consensuels (17). Ainsi, bien que Bradford coccus ait été isolé dans un contexte d’épidémie de pneumonie, il pourrait s’agir d’une simple coïncidence car aucun type cellulaire humain n’a été démontré permissif à la réplication de Mimivirus.

9De son côté, le laboratoire IGS s’est focalisé sur des analyses de génomique comparative, de biologie structurale et d’enzymologie. Rapidement, des signaux très spécifiques encadrant la transcription des gènes de Mimivirus ont été identifiés dont on sait maintenant qu’ils sont partagés par tous les Mimiviridae.

10Concernant les aspects structuraux et l’enzymologie, le laboratoire a notamment résolu la structure tridimensionnelle de la première aminoacyl-ARNt synthétase (la TyrRS) d’origine virale et validé l’activité de deux des synthétases (MetRS) (cf. glossaire). Ce gros travail, bizarrement passé un peu inaperçu, avait pourtant un intérêt fondamental puisque l’existence de gènes de Mimivirus codant pour quatre des enzymes les plus centraux du processus de traduction (par nature réservé au monde cellulaire) constituait une première violation (partielle) de la définition même des virus datant d’André Lwoff (18).

11Chacun avec leurs propres méthodes, les deux laboratoires marseillais cherchaient aussi la réponse à une même question, encore plus fondamentale : Mimivirus était-il unique en son genre ou le prototype d’une véritable famille restant à découvrir ? La réponse ne s’est pas fait attendre. Dès 2005, en explorant la première base de données métagénomiques initiée par Craig Venter, l’IGS a pu prédire l’existence de grands virus phylogénétiquement proches de Mimivirus dans la Mer des Sargasses, découverte qui n’a fait que se confirmer au fur et à mesure de la croissance de la quantité de données disponibles. On sait maintenant que les Mimiviridae constituent une famille majeure de virus géants infectant une grande diversité de microorganismes eucaryotes dans tous les milieux aquatiques (19).

12Dans le même temps, les multiples tentatives d’isolements par co-cultures amibiennes déployées par l’unité des Rickettsies aboutissaient à un résultat totalement inattendu : l’isolement d’un variant (baptisé Mamavirus) au génome quasiment identique à celui de Mimivirus, mais parasité par un « virophage » (20), un nouveau genre de virus satellite dont la réplication intracytoplasmique ne peut s’effectuer qu’au sein de l’usine virale mise en place par le virus géant. Les virophages, dont les études subséquentes ont montré l’abondance environnementale et la diversité (mais qui reste aujourd’hui l’apanage des Mimiviridae), sont depuis devenus un domaine de recherche à part entière, certaines hypothèses leur conférant même un rôle central dans l’évolution de plusieurs familles de virus à ADN.

13Quelques temps plus tard, la multiplication du même protocole de co-culture permettait à l’unité des Rickettsies de découvrir un second type de virus infectant les Acanthamoeba dans un échantillon provenant d’une tour de refroidissement parisienne. Curieusement nommé « Marseillevirus » (malgré son origine) ce virus est sans parenté phylogénétique avec Mimivirus. Avec des particules icosaédrique (environ 250 nm de diamètre) qui les situent à la limite de la « filtrabilité » et de la visibilité en microscopie optique, et des génomes ADN de moins de 400 kb, la famille désormais nombreuse des Marseilleviridae est souvent considérée comme étant à la frontière séparant les virus véritablement géants, des grands virus à ADN.

Les débuts d’un échantillonnage planétaire (2010- )

14Quand on récapitule aujourd’hui l’historique de la découverte de tous les virus géants, on constate que pendant les sept années qui ont suivi l’identification de Mimivirus, aucun de ses cousins éloignés dont on prédisait l’existence par l’analyse des banques de données de séquences environnementales (21) n’a été caractérisé. Cette traversée du désert a pris fin en 2010, avec la publication du premier Mimiviridae infectant un protozoaire marin, nommé Cafeteria roenbergensis. Comme Mimivirus, ce virus (Cafeteria roenbergensis virus, ou CroV) avait aussi été oublié dans un congélateur après son isolement dans les eaux côtières du Texas au début des années 1990 (22).

15Le laboratoire IGS semble donc avoir été le premier à avoir entrepris une mission d’échantillonnage marin spécifiquement destinée à l’isolement de nouveaux Mimiviridae. Pour cela, nous avons saisi l’opportunité d’un programme d’échange scientifique intitulé « Assemble » dont le rôle était précisément d’accueillir des équipes sans aucune expertise océanographique dans une dizaine de stations marines à travers le monde. Après avoir choisi la côte chilienne pour son extrême biodiversité, nous nous sommes donc retrouvés en avril 2010, sur Ilàn, un petit bateau de 8m, au large de la station marine de Las Cruces (Estación Costera de Investigaciones Marinas - ECIM), à collecter une demi-douzaine de bidons de soixante litres d’eau (aidé par le chercheur/plongeur local, Randy Finke). Après des heures de filtration en chambre froide, puis de remises en culture de dizaines d’échantillons de retour à Marseille, nous isolions enfin notre premier Mimiviridae exotique, baptisé Megavirus chilensis (23).

16Une fois son génome rapidement séquencé et analysé, ce nouveau virus s’est révélé capital pour le progrès de nos connaissances de cette famille virale dont les membres déjà connu étaient trop similaires. En premier lieu, avec 1.259.197 nucléotides, il surpassait Mimivirus de 77 kb, codant maintenant plus de 1000 protéines, et démontrait que la limite de la complexité génétique des virus n’était pas atteinte. Ensuite, seule la moitié (environ) des protéines de M. chilensis possédait un homologue dans Mimivirus, avec laquelle elles ne partageaient en moyenne que 50% de leurs acides aminés. Cette différence significative a donc permis d’établir une première distinction entre les gènes « cœurs » caractéristiques de cette famille virale et les gènes accessoires susceptibles de disparaître au cours de l’évolution. En particulier, la présence dans M. chilensis de 3 gènes supplémentaires d’aminoacyl-ARNt synthétases, s’ajoutant au quatre autres précédemment identifiés dans Mimivirus suggérait un processus d’évolution réductive d’un appareil de traduction initialement complet dans l’ancêtre des Mimiviridae. Ce scénario fait toujours débat aujourd’hui.

17La divergence au niveau nucléotidique a également permis de confirmer, grâce à leur conservation, les signaux de régulation de la transcription (promoteurs, terminaison) inférés des premiers Mimivirus. Enfin, son isolement au Chili, à plus de 11.500 km de la France, suggérait son caractère ubiquitaire, vite démontré par les nombreux laboratoires qui se sont ensuite embarqué dans la pêche aux virus géants.

18A ce point de l’histoire, nous avions acquis la certitude que loin d’être un monstre de foire unique en son genre, Mimivirus n’avait été que le premier exemplaire d’une famille assez diverse de virus ubiquitaires présents dans tous les environnements susceptibles d’abriter des amibes. Intensifier notre chasse aux autres Mimiviridae en devenait d’autant plus légitime, pour toujours mieux cerner les caractéristiques et les limites de cette famille, dont personne n’imaginait qu’elle ne soit pas la seule constituée de virus géants. Mais le futur nous réservait encore bien des surprises.

Le choc des Pandoravirus

19De retour à la station de Las Cruces, en octobre de l’année suivante, à peine quelques jours après la publication décrivant Megavirus chilensis (23), nous y avons été fêtés comme des héros, le journal de la région de Valparaiso titrant fièrement à la Une : « en Las Cruces encontraron al virus más grande del mundo » (« ils ont trouvé le plus grand virus du monde à Las Cruces ») (Fig 3).

20En cet automne 2011, tout à notre satisfaction d’avoir pu prolonger nos échantillonnages jusqu’à Puerto Montt (à 1100 km au Sud), nous ne savions pas encore que le prochain virus, qui allait faire de gros titres, était déjà dans notre laboratoire à Marseille sous le nom de code « Tunquen », rapporté de notre précédente mission chilienne, mais pas encore caractérisé, faute de sa lente multiplication en culture. En fait ce n’était pas une, mais deux surprises de taille qui nous y attendaient.

22Car la mise en culture de cet échantillon australien a révélé la croissance sur les amibes d’un microorganisme d’apparence identique à « Tunquen », rapporté du Chili. Après qu’une comparaison des profils de leurs compositions protéiques nous aient permis d’écarter l’hypothèse d’une contamination, nous n’étions plus en face d’un, mais de deux mystères à éclaircir simultanément. Quelle était la nature de ces deux entités, rebaptisées NLF1 et NLF2 (pour « New Life Form ») ? En microscopie optique, les co-cultures sur Acanthamoeba de NLF1 et NLF2 produisaient un même tapis de particules ovoïdes aux dimensions hétérogènes, d’une longueur moyenne de 1 µm, et de 0,5 µm de diamètre. Une telle hétérogénéité dans cette gamme de taille faisait immédiatement penser à une petite bactérie intracellulaire (symbionte ou parasite), comme celles fréquemment associées aux amibes environnementales. Mais plusieurs constatations allaient venir contredire cette interprétation. La première était que même lente, la multiplication de ces microbes n’était pas ralentie par la présence d’antibiotique. Ensuite, l’observation de leur cycle de réplication (après phagocytose par les amibes) pendant plus de quinze heures ne révélait jamais de particules en cours de division. Enfin, leur image en microscopie électronique de coupe ultrafine ne révélait aucune des structures internes attendues dans un microorganisme cellulaire, procaryotes ou eucaryotes. Bien au contraire, elles apparaissaient comme un sac entouré d’une paroi épaisse délimitant un compartiment intérieur homogène peu dense aux électrons, seulement interrompue par une bouche (baptisée « ostiole ») à l’une des extrémités de chaque particule. Dès lors, la solution du mystère ne pouvait plus venir que du séquençage du génome qui fort heureusement s’est révélé être constitué d’ADN chimiquement standard, mais dont la taille nous était inconnue.

24Avec cette double découverte, publiée en couverture de Science (Fig.4) et souligné par un éditorial, le concept de virus géants prenait une dimension supérieure, pour plusieurs raisons.

25D’abord, nous apportions la preuve que le gigantisme viral n’était pas l’apanage d’une unique famille de monstres de foire, les Mimiviridae, mais que ceux-ci ne représentaient peut-être que la pointe émergée d’un iceberg dont on pouvait commencer à soupçonner l’existence. Pourquoi se limiter à deux ? Il devenait probable que d’autres familles de virus géants restaient à découvrir. Ce sentiment était renforcé par le fait que plus de 90 % des gènes prédits dans les génomes des Pandoravirus ne présentaient aucune similarité significative avec ceux déjà répertoriés dans les bases de données. Les Pandoravirus semblaient donc émerger d’un parcours évolutif parallèle, presque disjoint de celui des microorganismes « standards », et des Mimiviridae en particulier. Il restait donc beaucoup de place pour notre ignorance.

26Ensuite, le fossé séparant les Pandoravirus des virus classiquement décrits venait remettre en cause l’utilisation d’un seul et même mot, « virus », pour désigner des entités aussi différentes. Voici quelques comparaisons : avec deux mille cinq cent cinquante-six gènes, P. salinus possède cinq cent fois plus de gènes que certains papillomavirus avec lesquels ils partagent pourtant la même classification de Baltimore (cf. glossaire) : génome d’ADN double brin. En comparaison, avec vingt et un mille gènes, les humains ne possèdent que trois fois plus de gènes qu’une levure de boulanger ! Plus impressionnant encore, le volume d’une particule de Pandoravirus est neuf mille fois plus grand que celui d’une capside de papillomavirus (un icosaèdre de 55 nm de diamètre).

27De plus, avec deux mille cinq cent cinquante-six gènes un Pandoravirus surpasse non seulement beaucoup de bactéries, mais aussi plusieurs parasites eucaryotes tels que les microsporidies dont certaines n’en possèdent que mille huit cent trente-trois (E. intestinalis). Contre toute attente, la complexité génétique des virus pouvait donc chevaucher celle du monde cellulaire (Eubacteria, Archaea, Eucaryota).

28Finalement, en révélant la variabilité colossale de la complexité génétique au sein des virus, les Pandoravirus venaient semer le doute quant à la capacité d’un même processus évolutif néo-darwinien d’engendrer autant de solutions si différentes (et optimales ?) au seul et même problème d’infecter une cellule et d’utiliser sa machinerie pour s’y reproduire. Si les 5 gènes d’un papillomavirus lui permettent de se reproduire très efficacement, par quelle contrainte évolutive peut-on justifier les deux mille cinq cent cinquante-six gènes d’un Pandoravirus ?

Les virus « zombies » du permafrost

29Plein d’enthousiasme après la découverte des deux premiers Pandoravirus (et du premier Marseillevirus australien, baptisé Melbournevirus, dans le même échantillon de l’étang de l’université La Trobe), nous avons décidé d’intensifier nos explorations et d’en élargir le champ en nous associant à plusieurs grandes campagnes internationales d’échantillonnages maritimes, dont la médiatique expédition Tara Oceans. Etonnamment, si les nombreuses données métagénomiques recueillies ont confirmé l’abondance et ubiquité de virus de la famille des Mimiviridae sur tous les océans du globe (24), notre projet « Girus » (pour Giant viRUS) est rentré bredouille sans parvenir au moindre isolement d’un nouveau virus géant, probablement en l’absence d’un hôte adéquat cultivé dans le laboratoire. Encore une fois, le prochain rebondissement de la saga des virus géants allait venir d’où on ne l’attendait pas.

30Le 6 mars 2012, le très respectable journal de l’Académie des Sciences des Etats-Unis (le « PNAS ») publiait un article d’une équipe russe décrivant la résurrection d’une petite plante à fleur herbacée à partir de fruits conservés dans un terrier d'écureuil fossile enfoui à 38 m de profondeur dans un pergélisol jamais dégelé depuis trente mille ans. Quelques temps plus tard, au cours de sa recherche bibliographique routinière, l’un d’entre nous tombait par hasard sur cet article, puis décidait d’enquêter sur les précédents travaux de cette équipe localisée à Pushchino (Russie) et dirigée par David Gilichinsky, un des pionniers (depuis 1985) de l’étude de la microbiologie des sols gelés de Sibérie. Dans cette littérature dont nous ignorions tout, et constituée d’articles datant de la guerre froide et donc majoritairement publiés dans des revues russes jusqu’en 1992, nous allions découvrir la capacité de différentes bactéries de rester viables (en anabiose) après de longues périodes de congélation dans des couches profondes de pergélisol. Les particules virales n’étant le siège d’aucun métabolisme actif, il nous est rapidement venu à l’esprit que « s’ils sont capables de ressusciter une plante ou des bactéries, nous devrions pourvoir ressusciter des virus » !

31Nous avons alors contacté l’équipe de David Gilinchinsky (malheureusement décédé le 18 février 2012) pour leur proposer d’essayer d’isoler des virus d’amibes à partir du même échantillon d’où la plante avait été régénérée. Quelque mois plus tard, Lyuba Shmakova, une jeune scientifique du laboratoire de Cryologie du sol désormais dirigée par Elizaveta Rivkina, venait nous apporter en main propre quelques grammes de pergélisol sibérien (Fig. 5)

33La saga de la découverte des virus géants (en se limitant à ceux aux particules non filtrables, aisément visibles par microscopie optique, et donc au diamètre > 0,5 µm) allait se terminer en 2015 avec celle des Mollivirus, dont notre laboratoire reste, encore aujourd’hui, le seul dépositaire.

34Le premier d’entre eux, baptisé Mollivirus sibericum, était en fait présent dans le même échantillon qui nous avait donné Pithovirus sibericum. Moins spectaculaire avec sa capside sphérique d’environ 500-600 nm, et faute de moyen humain à lui consacrer, son étude avait été retardée et sa caractérisation complète seulement publiée en septembre 2015 (5). Doté d’un génome ADN de six cent cinquante et un mille nucléotides codant cinq cent vingt-trois protéines, Mollivirus affichait des paramètres similaires à ceux de Pithovirus. Mais les deux virus n’ont en fait aucune similarité physiologique (la réplication de Mollivirus dépend de fonctions nucléaires alors que Pithovirus est purement cytoplasmique), ni phylogénétique (ils partagent très peu de gènes homologues). Par contre, et malgré sa morphologie très différente et un génome beaucoup plus petit, 16 % des gènes de Mollivirus sibericum (parmi les 36 % ayant une similarité dans les bases de données) ont des gènes de Pandoravirus comme plus proches homologues.

35La signification profonde et les mécanismes évolutifs ayant abouti à cette similarité très partielle entre ces deux familles de virus géants ne pourront être élucidés qu’en accumulant et comparant de nombreux isolats différents dans ces deux familles. Si celle des Pandoravirus s’est accrue rapidement (avec plus de 10 isolats déjà publiés) (25), ce n’est que très récemment que nous avons isolé et caractérisé un second membre de la famille des Mollivirus, à partir d’un échantillon de sol du Kamtchatka.

36Indépendamment de notre thématique de virologie fondamentale, le fait d’avoir démontré par hasard la capacité de certains virus (géants ou pas) à rester infectieux au sein de couches de pergélisol préhistorique nous a valu une notoriété médiatique sans commune mesure avec nos précédents travaux. Dans le contexte omniprésent du réchauffement climatique, voir des virus « zombies » ressurgir de l’époque de Néandertal à la faveur de la fonte du pergélisol est un scénario qui fascine le grand public. Depuis 2014, nous sommes restés une source privilégiée des médias en ce qui concerne les dangers microbiologiques associés au réchauffement rapide de l’arctique, ce qui est particulièrement ironique pour un laboratoire situé à Marseille où il ne gèle quasiment jamais !

Quelques leçons de vingt ans de recherche sur les virus géants

37Les découvertes successives de virus géants de différentes familles peuvent être vues comme autant de travaux pratiques illustrant le concept d’obstacle épistémologique cher à Gaston Bachelard (7). D’abord celui de l’expérience première (le virus de la mosaïque du tabac passant à travers le filtre de Chamberland), puis l’obstacle de la connaissance générale (une fois définis comme des microbes ultra-filtrables, les virus ne pouvaient plus que rester petits !). Paradoxalement il a donc fallu plus d’un siècle de virologie pour que les virus les plus aisément visibles soient, non pas découverts (car ils ont d’abord été visualisés à maintes reprises) (26), mais enfin reconnus comme tels ! Dans ce contexte, il faut rendre hommage à la clairvoyance d’André Lwoff qui n’a jamais inclus la taille des particules comme un critère intrinsèque des virus les distinguant des cellules. Plus de 60 ans après son article princeps (18), ce sont toujours les critères d’absence de ribosome, de division binaire, et de métabolisme énergétique qui différencient au mieux le monde viral du monde cellulaire.

38La découverte des virus géants a aussi contribué au renouveau de la recherche fondamentale (l’étude des virus en tant qu’entités biologiques propres) en virologie, depuis toujours dominée par l’élucidation des mécanismes de pathogénicité, pour l’homme, les animaux (surtout domestiques), et les plantes (surtout nos récoltes). La question de l’origine des virus et des mécanismes de leur co-évolution avec les différents domaines cellulaires sont de nouveau très à la mode, nourrie par des particularités des virus géants comme des gènes éventuellement créés de novo (25), la présence de nombreuses (jusqu’à la totalité) aminoacyl-ARNt synthétases (27), ou de métabolismes énergétiques partiels (28).

39Après 20 années de quasi-monopole, la recherche sur les virus géants n’est désormais plus l’apanage des laboratoires marseillais, signe de son succès au sein de la communauté scientifique internationale.

40A l’exception des Molliviridae, les autres trois familles de virus géants (Mimiviridae, Pandoravidae, Pithoviridae) s’enrichissent rapidement de nouveaux membres dont la comparaison permet d’en affiner progressivement les spécificités (Fig. 6). Les laboratoires de la première heure se consacrent désormais à des aspects structuraux et fonctionnels, laissant à d’autres l’excitation de l’exploration environnementale. Bien qu’aucune nouvelle famille n’ait été décrite depuis 2015, on peut espérer que l’élargissement des protocoles de co-culture à une plus grande diversité de protozoaires puisse nous révéler encore quelques surprises.

1. La Scola B, Audic S, Robert C, Jungang L, de Lamballerie X, Drancourt M, Birtles R, Claverie JM, Raoult D. “A giant virus in amoebae”. Science (2003) 299, 2033.

2. Boyer M, Yutin N, Pagnier I, Barrassi L, Fournous G, Espinosa L, Robert C, Azza S, Sun S, Rossmann MG, Suzan-Monti M, La Scola B, Koonin EV, Raoult D. “Giant Marseillevirus highlights the role of amoebae as a melting pot in emergence of chimeric microorganisms”. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. (2009) 106, 21848-21853.

3. Philippe N, Legendre M, Doutre G, Couté Y, Poirot O, Lescot M, Arslan D, Seltzer V, Bertaux L, Bruley C, Garin J, Claverie JM, Abergel C. “Pandoraviruses: amoeba viruses with genomes up to 2.5 Mb reaching that of parasitic eukaryotes”. Science (2013) 341, 281-286.

4. Legendre M, Bartoli J, Shmakova L, Jeudy S, Labadie K, Adrait A, Lescot M, Poirot O, Bertaux L, Bruley C, Couté Y, Rivkina E, Abergel C, Claverie JM. “Thirty-thousand-year-old distant relative of giant icosahedral DNA viruses with a pandoravirus morphology”. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. (2014) 111, 4274-4279.

5. Legendre M, Lartigue A, Bertaux L, Jeudy S, Bartoli J, Lescot M, Alempic JM, Ramus C, Bruley C, Labadie K, Shmakova L, Rivkina E, Couté Y, Abergel C, Claverie JM. “In-depth study of Mollivirus sibericum, a new 30,000-y-old giant virus infecting Acanthamoeba”. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. (2015) 112, E5327-E5335.

6. La Scola B, Desnues C, Pagnier I, Robert C, Barrassi L, Fournous G, Merchat M, Suzan-Monti M, Forterre P, Koonin E, Raoult D. “The virophage as a unique parasite of the giant mimivirus”. Nature (2008) 455, 100-104.

7. Claverie JM, Abergel C. “Giant viruses: The difficult breaking of multiple epistemological barriers”. Stud. Hist. Philos. Biol. Biomed. Sci. (2016) 59, 89-99.

8. Abergel C, Legendre M, Claverie JM. “The rapidly expanding universe of giant viruses: Mimivirus, Pandoravirus, Pithovirus and Mollivirus”. FEMS Microbiol. Rev. (2015) 39, 779-796.

9. Forterre P, Gaïa M. “Giant viruses and the origin of modern eukaryotes”. Curr. Opin. Microbiol. (2016) 31, 44-49.

10. Endo H, Blanc-Mathieu R, Li Y, Salazar G, Henry N, Labadie K, de Vargas C, Sullivan MB, Bowler C, Wincker P, Karp-Boss L, Sunagawa S, Ogata H. “Biogeography of marine giant viruses reveals their interplay with eukaryotes and ecological functions”. Nat. Ecol. Evol. (2020) 4, 1639-1649.

11. Ogata H, Audic S, Renesto-Audiffren P, Fournier PE, Barbe V, Samson D, Roux V, Cossart P, Weissenbach J, Claverie JM, Raoult D. “Mechanisms of evolution in Rickettsia conorii and R. prowazekii”. Science (2001) 293, 2093-2098.

12. Fournier PE, Vallenet D, Barbe V, Audic S, Ogata H, Poirel L, Richet H, Robert C, Mangenot S, Abergel C, Nordmann P, Weissenbach J, Raoult D, Claverie JM. “Comparative genomics of multidrug resistance in Acinetobacter baumannii”. PLoS Genet. (2006) 2, e7.

13. Lescot M, Audic S, Robert C, Nguyen TT, Blanc G, Cutler SJ, Wincker P, Couloux A, Claverie JM, Raoult D, Drancourt M. “The genome of Borrelia recurrentis, the agent of deadly louse-borne relapsing fever, is a degraded subset of tick-borne Borrelia duttonii”. PLoS Genet. (2008) 4, e1000185.

14. Rowbotham TJ. “Isolation of Legionella pneumophila from clinical specimens via amoebae, and the interaction of those and other isolates with amoebae”. J. Clin. Pathol. (1983) 36, 978-986.

15. Raoult D, La Scola B, Birtles R. “The discovery and characterization of Mimivirus, the largest known virus and putative pneumonia agent”. Clin. Infect. Dis. (2007) 45, 95-102.

16. Raoult D, Audic S, Robert C, Abergel C, Renesto P, Ogata H, La Scola B, Suzan M, Claverie JM. “The 1.2-megabase genome sequence of Mimivirus”. Science (2004) 306, 1344-1350.

17. Vincent A, La Scola B, Papazian L. “Advances in Mimivirus pathogenicity”. Intervirology (2010) 53, 304-309.

18. Lwoff A. “The concept of virus”. J. Gen. Microbiol. (1957) 17, 239-253.

19. Claverie JM, Abergel C. “Mimiviridae: An Expanding Family of Highly Diverse Large dsDNA” Viruses Infecting a Wide Phylogenetic Range of Aquatic Eukaryotes”. Viruses (2018) 10, 506.

20. La Scola B, Desnues C, Pagnier I, Robert C, Barrassi L, Fournous G, Merchat M, Suzan-Monti M, Forterre P, Koonin E, Raoult D. The virophage as a unique parasite of the giant mimivirus”. Nature (2008) 455, 100-104.

21. Monier A, Claverie JM, Ogata H. “Taxonomic distribution of large DNA viruses in the sea. Genome Biol. (2008), 9:R106.

22. Fischer MG, Allen MJ, Wilson WH, Suttle CA. “Giant virus with a remarkable complement of genes infects marine zooplankton”. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. (2010) 107, 19508-19513.

23. Arslan D, Legendre M, Seltzer V, Abergel C, Claverie JM. “Distant Mimivirus relative with a larger genome highlights the fundamental features of Megaviridae”. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. (2011) 108, 17486-17491.

24. Hingamp P, Grimsley N, Acinas SG, Clerissi C, Subirana L, Poulain J, Ferrera I, Sarmento H, Villar E, Lima-Mendez G, Faust K, Sunagawa S, Claverie JM, Moreau H, Desdevises Y, Bork P, Raes J, de Vargas C, Karsenti E, Kandels-Lewis S, Jaillon O, Not F, Pesant S, Wincker P, Ogata H. “Exploring nucleo-cytoplasmic large DNA viruses in Tara Oceans microbial metagenomes”. ISME J. (2013) 7, 1678-1695.

25. Legendre M, Fabre E, Poirot O, Jeudy S, Lartigue A, Alempic JM, Beucher L, Philippe N, Bertaux L, Christo-Foroux E, Labadie K, Couté Y, Abergel C, Claverie JM. “Diversity and evolution of the emerging Pandoraviridae family”. Nat. Commun. (2018) 9, 2285.

26. Claverie JM, Abergel C. “From extraordinary endocytobionts to pandoraviruses. Comment on Scheid et al.: Some secrets are revealed: parasitic keratitis amoebae as vectors of the scarcely described pandoraviruses to humans”. Parasitol. Res. (2015) 114, 1625-1627.

27. Abrahão J, Silva L, Silva LS, Khalil JYB, Rodrigues R, Arantes T, Assis F, Boratto P, Andrade M, Kroon EG, Ribeiro B, Bergier I, Seligmann H, Ghigo E, Colson P, Levasseur A, Kroemer G, Raoult D, La Scola B. “Tailed giant Tupanvirus possesses the most complete translational apparatus of the known virosphere”. Nat. Commun. (2018) 9, 749.

28. Blanc-Mathieu R, Dahle H, Hofgaard A, Brandt D, Ban H, Kalinowski J, Ogata H, Sandaa RA. “A persistent giant algal virus, with a unique morphology, encodes an unprecedented number of genes involved in energy metabolism”. J. Virol. (2021) 95, e02446-20.