Évolution de la grippe: comment les scientifiques utilisent le séquençage du génome pour prévoir l'avenir

L'évolution est généralement très lente, un processus de changement qui prend des milliers, voire des millions d'années à voir.

Mais pour la grippe, l'évolution est rapide - et mortelle. Les virus de la grippe changent rapidement pour échapper aux défenses de Toutes les quelques années, de nouvelles variantes de la grippe apparaissent et provoquent des épidémies dans le monde entier.

Contrôler la propagation de la grippe signifie faire face à cette évolution en cours. Chaque année, les experts de l’Organisation mondiale de la santé (OMS) doivent deviner de quelle façon le virus changera afin de choisir les souches de grippe à inclure dans le vaccin annuel.

Ce travail est difficile et incertain, et les erreurs ont de réelles conséquences. Dans le monde entier, la grippe infecte plusieurs millions de personnes chaque année et provoque des centaines de milliers de décès. Les années où les prédictions manquent et où le vaccin antigrippal est très différent des souches en circulation, un plus grand nombre de personnes sont vulnérables à l’infection.

Au cours des dernières années, les avancées en matière de séquençage du génome ont commencé à éclairer les débuts de l'évolution virale, au cœur d'infections individuelles. Nous nous demandions si, pour la grippe, ces informations pourraient nous donner un aperçu rapide des futures tendances mondiales en matière d’évolution.

Qu’est-ce que l’infection grippale d’une seule personne pourrait nous dire sur l’évolution du virus dans le monde? Comme il se trouve, un montant surprenant.

Regarder au fond d'une infection

Chaque étape de l’évolution de la grippe commence par une erreur. Lorsque les virus se copient chez une personne infectée, ils mutent parfois, ce qui modifie légèrement leur schéma génétique.

La plupart des mutations sont nocives pour le virus car elles cassent les mécanismes dont elle a besoin pour fonctionner. Mais de temps en temps, un virus mutant survit et même prospère. Les virus jouent constamment au chat et à la souris avec le système immunitaire humain. Parfois, un virus mutant peut être juste assez différent pour échapper à la connaissance du corps.

Un virus mutant avec ce type d’avantage peut se multiplier rapidement et dominer l’infection. Finalement, il peut même se propager d'une personne à l'autre et à partir de là, commencer à se répandre dans le monde entier.

Récemment, il est devenu plus facile de suivre l’évolution des virus dans le corps humain. Les mêmes progrès qui ont rendu la séquence du génome humain peu coûteuse et facile modifient la façon dont nous étudions les virus. Pour le coût du séquençage d'un seul génome humain, nous pouvons séquencer des milliers de virus tout au long d'une infection pour suivre de nouvelles mutations à mesure qu'elles se produisent.

Ces mutations peuvent nous montrer comment le virus réagit à des environnements difficiles dans le corps humain. Pour le VIH, où les infections durent souvent des années, voire des décennies, l’évolution peut être considérable, même chez une seule personne. En particulier, les virus développent souvent une résistance aux médicaments en réponse à un traitement antiviral.

Suivi de l'évolution de la grippe dans 4 longues infections

Nous avons récemment suivi l'évolution virale chez quatre patients atteints d'un cancer et ayant eu une infection grippale durant plusieurs mois. La plupart des infections grippales durent environ une semaine, ce qui limite le nombre de changements pouvant survenir. Mais chez les patients dont le système immunitaire est affaibli, les infections peuvent durer longtemps et avoir des effets graves.

Comment la grippe a-t-elle changé au sein de ces longues infections? En séquençant des virus à différents moments de l’infection et en comparant leurs génomes, nous avons pu identifier de nouvelles mutations et suivre leur destin.

L'évolution a agi en quelques semaines. Un exemple clair est la résistance au Tamiflu. Les patients que nous avons étudiés prenaient le médicament pour contrôler leurs infections. Mais, comme dans les études antérieures, des virus porteurs de mutations pharmacorésistantes ont finalement émergé. Ces mutations pourraient en partie expliquer pourquoi les infections ont duré si longtemps.

Les mutations de résistance aux médicaments ne sont pas les seuls changements évolutifs que nous avons vus. Une demi-douzaine de virus mutants, tous légèrement différents les uns des autres, se faisaient parfois concurrence simultanément chez une même personne.

Ces virus concurrents ont fait de l’évolution une affaire compliquée. Une mutation qui commençait à se propager une semaine disparaissait parfois la semaine suivante. Vraisemblablement, il a été dépassé par une mutation encore meilleure.

Dans certains cas, nous avons trouvé exactement les mêmes mutations dans des virus provenant de patients différents dans notre étude, même si nous pouvions dire que les patients ne s’infectaient pas mutuellement. Nous n’attendions que très rarement de telles similitudes à cause du hasard. Les virus peuvent avoir eu des adaptations similaires en réponse à des défis évolutifs. Certaines de ces mutations ont peut-être aidé le virus à éviter le système immunitaire, faisant écho à d’autres études.

Prévoir l'avenir

De plus, de nombreuses mutations chez ces patients correspondaient à des mutations qui se sont ensuite propagées à travers le monde. Dans les pics du manteau externe de la grippe, qui aident le virus à pénétrer dans les cellules hôtes, la mutation N225D est apparue chez trois des quatre patients de notre étude. En 2015, environ 8 ans après l’infection de nos patients, la plupart des virus de la grippe dans le monde portaient exactement le même changement.

Pour nous, c'était inattendu. L'évolution est pleine de compromis, et certaines mutations qui aident la grippe à s'adapter chez les personnes peuvent ralentir sa transmission d'une personne à l'autre. Nous ne savions pas non plus si l’évolution d’infections grippales d’une durée exceptionnellement longue correspondrait aux tendances du changement dans le monde.

Mais dans notre étude, l'évolution de la grippe chez des personnes individuelles a montré des similitudes frappantes avec l'évolution à travers le monde. Nous pourrions voir des indices de certaines tendances évolutives mondiales chez quelques individus seulement.

À mesure que les technologies continuent de s’améliorer, il devient de plus en plus facile d’examiner les infections grippales, comme nous l’avons fait. Les laboratoires de l'OMS séquencent chaque année des souches de grippe de milliers de personnes afin de surveiller l'évolution de la grippe. Les chercheurs séquencent de plus en plus de souches de manière à détecter les mutations au fur et à mesure qu'elles surviennent chez des individus.

Chacune de ces milliers d’infections est comme une expérience évolutive distincte. En comparant les mutations qui apparaissent dans différentes infections, nous pouvons avoir une idée des possibilités et des contraintes évolutives.

Quelque part dans le futur, ce type d’information peut aider à prévoir l’évolution de la grippe. Pour le moment, au moins, cela met en lumière certains des processus dynamiques d’évolution qui se déroulent en chacun de nous.

Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation par Katherine Xue et Jesse Bloom. Lisez l'article original ici.