Dans une étude récente publiée dans le Actes de la Royal Society Bles chercheurs ont effectué une analyse de modélisation métagénomique et cophylogénétique combinée pour évaluer l’impact du changement climatique sur les risques de propagation virale dans le contexte d’un environnement changeant dans l’Extrême-Arctique.
Le spectre d’hôtes pour les virus est très diversifié puisque les virus pourraient infecter certaines espèces à plusieurs phylums d’organismes. Lors d’une confrontation avec un nouvel hôte, un organisme viral pourrait infecter l’hôte et se transmettre durablement dans le nouvel hôte, et le processus est connu sous le nom de débordement viral. Cependant, les risques de propagation virale ne peuvent pas être quantifiés facilement. Compte tenu de la transformation rapide des environnements due aux variations climatiques, l’évaluation des risques de débordement est essentielle et nécessite une enquête plus approfondie.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont effectué une analyse métagénomique pour évaluer l’impact du changement climatique (réchauffement climatique et ruissellement des glaciers) sur les risques de propagation virale en mettant l’accent sur deux environnements locaux, les sédiments lacustres et des échantillons de sol du lac d’eau douce Hazen dans la région de l’Extrême-Arctique.
Entre le 10 mai et le 10 juin 2017, des carottes de sédiments et de sol ont été prélevées dans le lac Hazen. Les échantillons de carottes ont été appariés entre ces deux environnements pour contraster les sites de sédiments et de sols lorsque cela était possible. Des échantillons de sol ont été prélevés dans trois régions dans les lits des rivières asséchées de façon saisonnière des affluents, la rive nord et en amont du lac d’eau douce. Les échantillons de sédiments lacustres correspondants ont été séparés en régimes hydrologiques en fonction de leurs volumes de ruissellement saisonniers.
Les carottes ont été soumises à une analyse de séquençage de l’acide ribonucléique (ARN) et de l’acide désoxyribonucléique (ADN) pour reconstruire la virosphère du lac dans ses sédiments et sols et sa gamme d’hôtes eucaryotes en utilisant une approche combinée de métagénomique et de métatranscriptomique. Douze bibliothèques (six chacune pour l’ARN et l’ADN), deux pour chaque site d’échantillonnage, ont été préparées et les bibliothèques ont été répliquées pour chaque échantillon. Par la suite, les risques de débordement viral ont été estimés sur la base de la congruence entre l’hôte eucaryote et les arbres phylogénétiques viraux.
résultats et discussion
Les virus représentaient <1,0 % des contigs et les échantillons de base étaient principalement dominés par des organismes bactériens (≥89 %), avec de faibles proportions d'eucaryotes (≤6,4 %) dans presque tous les échantillons (11 sur 12). L'équipe a trouvé des virus eucaryotes, des bactériophages et même des espèces de virophages parmi les HSP viraux, et étaient répartis de manière inégale entre les génomes d'ADN (100%) et d'ARN (74%).
Les résultats étaient inattendus puisque la biomasse fongique dépasse la biomasse bactérienne dans l’environnement arctique, et les organismes eucaryotes sont établis comme cibles principales des virus à ARN. La plupart des organismes viraux eucaryotes ciblaient principalement les champignons et les plantes, avec des proportions comprises entre 62 % et 92 %.
Différents schémas de risque de débordement ont été notés pour les sédiments lacustres et les échantillons de sol. À mesure que le volume de ruissellement des glaciers augmentait, les risques de débordement restaient constamment élevés, mais diminuaient pour les échantillons de sol. Avec une augmentation du ruissellement glaciaire, la force d’érosion des glaciers augmenterait également, transportant le contenu des berges et du lit de la rivière dans le lac d’eau douce. L’érosion éradiquerait ainsi les agents pathogènes de la couche arable de l’environnement et diminuerait donc les chances d’interaction virus-hôte, c’est-à-dire réduirait le risque de propagation virale.
À l’opposé, une augmentation du volume de ruissellement des glaciers pour les sédiments du lac a augmenté de manière significative les risques de débordement. Ces derniers temps, le lac Hazen a subi une altération remarquable des taux de sédimentation à partir de 2007 par rapport aux taux observés au cours des 300 dernières années civiles. L’augmentation du ruissellement des glaciers entraînerait l’apport de sédiments au lac de l’Extrême-Arctique et augmenterait la turbidité qui pourrait perturber l’eau de base anoxique signalée dans les enregistrements précédents.
Les variations saisonnières de la turbidité de la colonne d’eau pourraient fragmenter annuellement l’habitat du lac, d’autant plus à partir de 2007. La fragmentation de l’habitat lacustre pourrait créer des conditions de débordement favorables basées sur l’effet de coévolution. La fragmentation créerait des barrières de flux génétiques, augmentant la dérive génétique dans des populations finies et accélérant la coévolution du virus et de l’hôte.
L’accélération pourrait conduire à la diversification des virus, comme observé dans l’augmentation de la diversité β au niveau de la famille virale. Si la diversification est associée à des vecteurs ponts tels que les moustiques du système terrestre et/ou les espèces envahissantes dans les réservoirs, les risques de propagation virale pourraient encore augmenter.
Les sédiments lacustres peuvent être considérés comme des archives environnementales puisqu’ils peuvent conserver le matériel génomique des espèces aquatiques au fil du temps, potentiellement à un degré moindre, à partir du bassin versant. Quel que soit le site des interactions hôte-virus, les risques de débordement augmentent avec le réchauffement climatique pour les sédiments lacustres.
Les protistes et les animaux étaient les plus sensibles aux débordements, tandis que les champignons et les plantes ont démontré une sensibilité inférieure aux débordements, bien que les virus fongiques et végétaux aient été surreprésentés dans les échantillons. Les hôtes comprenaient des parents de vecteurs de maladies connus tels que Aedes aegypti (la fièvre jaune), Ixodes scapulariset des agents pathogènes comme le Pseudogymnoascus destructans (syndrome du nez blanc chez les chauves-souris), et Fusarium poae (flétrissement des plantes). Les résultats ont indiqué que les retombées ont peut-être déjà commencé à se produire.
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont montré que le risque de propagation virale augmentait avec le ruissellement de la fonte des glaciers, un indicateur indirect du changement climatique. Si le changement climatique déplace la gamme d’espèces de vecteurs et de réservoirs viraux potentiels vers le nord, la région de l’Extrême-Arctique pourrait devenir un terrain fertile pour les pandémies émergentes.