Une enquête génomique détaillée d'une épidémie au zoo de Denver montre comment le SRAS-CoV-2 peut rapidement se diversifier et s'adapter après avoir croisé des espèces, offrant ainsi une rare vision réelle de l'évolution virale au-delà des humains.
Étude : Expansion, diversification et adaptation de la population SARS-CoV-2 au sein de l'hôte chez les tigres, les lions et les hyènes des zoos. Crédit image : Wirestock Creators/Shutterstock.com
Une nouvelle étude publiée dans Communications naturelles révèle une évolution et une adaptation rapides du coronavirus 2 (SARS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère chez les tigres, les lions et les hyènes des zoos qui sont en contact quotidien avec les humains.
Comment les infections animales façonnent l’évolution et le risque du SRAS-CoV-2
L’évolution rapide du SRAS-CoV-2 et l’émergence de nouveaux variants ont considérablement façonné la sensibilisation du public aux maladies infectieuses depuis le début de la pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19).
Outre les humains, le SRAS-CoV-2 infecte un large éventail d’animaux domestiques et sauvages, et des cas documentés montrent que le virus peut, dans de rares cas, se transmettre d’un hôte animal aux humains. Cependant, les facteurs à l’origine de l’évolution et de la dynamique de transmission du SRAS-CoV-2 chez les animaux, ainsi que les origines des nouvelles variantes virales qui infectent à la fois les humains et les animaux, restent largement inconnus.
La sélection de mutations bénéfiques qui augmentent la condition physique du virus est le déterminant clé de l’évolution virale au sein de l’espèce hôte. Les populations virales peuvent subir des pressions sélectives uniques et fortes suite à la transmission d’une espèce hôte à une autre. Ces événements de débordement peuvent accélérer l’émergence de variantes virales grâce à la sélection de mutations génétiques qui améliorent l’aptitude du virus chez le nouvel hôte.
Pour explorer l'impact du changement d'hôte sur l'évolution virale, des chercheurs de l'Université d'État du Colorado et leurs collaborateurs de la Denver Zoo Conservation Alliance, aux États-Unis, ont étudié l'évolution et l'adaptation spécifique à l'hôte du SRAS-CoV-2 chez les tigres, les lions d'Afrique et les hyènes tachetées lors d'une épidémie au zoo de Denver en 2021.
Le suivi génomique révèle une adaptation rapide après le débordement du zoo
Les chercheurs ont collecté des échantillons sur écouvillon nasal auprès de deux tigres, onze lions et trois hyènes, ont isolé l'ARN viral des échantillons et ont effectué un séquençage de nouvelle génération (NGS) pour identifier la lignée du SRAS-CoV-2, la variation au sein de l'hôte et les signatures génomiques de sélection.
Les résultats ont révélé que l’épidémie au zoo de Denver a probablement été déclenchée par un seul débordement d’une sous-lignée rare du Delta, ce qui correspond le plus à une transmission des humains (soignants des animaux) aux tigres, puis aux lions et aux hyènes.
Une expansion et une diversification rapides des populations virales ont été observées chez les hôtes animaux. Les chercheurs ont également détecté des signatures génomiques de sélection négative (suppression de mutations nocives) et de sélection positive (sélection de mutations avantageuses) dans le génome du virus, ainsi que quatre mutations adaptatives spécifiques à une espèce candidate chez les lions et les hyènes.
Bien qu'aucun variant préoccupant du SRAS-CoV-2 n'ait été détecté chez les animaux infectés, des signatures particulièrement fortes de sélection positive ont été détectées dans le gène de la nucléocapside et dans des échantillons d'hyènes, soulignant les impacts combinés de la mutation et de la sélection après une transmission virale entre espèces.
Quatre mutations spécifiques à l'espèce ont été détectées dans l'étude, dont A254V dans le gène de la nucléocapside chez les lions et les hyènes, et E1724D dans le cadre de lecture ouvert 1-alpha, T274I dans le gène de la protéine de pointe et P326L dans le gène de la nucléocapside chez les hyènes. Ces mutations ont rarement été détectées chez l’homme et ne sont associées à aucune lignée de variantes particulière.
L’étude a notamment révélé que, même si l’épidémie au zoo de Denver s’est produite pendant l’un des pics de la pandémie de COVID-19, la rare lignée Delta à l’origine de l’épidémie était associée à moins de 1 % des infections humaines dans le Colorado à cette époque.
La rareté de cette lignée chez les humains conforte en outre l’idée selon laquelle l’épidémie du zoo a été déclenchée par un seul événement de contagion, très probablement provenant d’un humain infecté. Cependant, il reste une possibilité de multiples retombées indépendantes des humains sur les animaux, ou d'une transmission virale entre les animaux péridomestiques du zoo.
L’étude a révélé les signatures génomiques les plus fortes de sélection positive dans le gène de la nucléocapside du SRAS-CoV-2, qui code pour la protéine nucléocapside de liaison à l’ARN responsable de l’empaquetage du génome viral.
Des mutations de ce gène ont déjà été détectées dans des variantes préoccupantes du SRAS-CoV-2 qui infectent les humains. Ces mutations ont été associées à une réplication virale améliorée dans des études expérimentales et épidémiologiques, ce qui suggère que des modifications de ce gène pourraient influencer la survie et la transmissibilité du virus dans l'environnement hôte.
Une autre mutation notable détectée dans l’étude était la mutation T274I spécifique à l’hyène dans le gène Spike. La mutation peut représenter une adaptation au récepteur d’entrée viral spécifique à l’hyène. Les analyses structurelles et immunologiques issues d'études réalisées sur des humains suggèrent que des substitutions sur ce site pourraient également contribuer à l'échappement immunitaire. Cependant, la conséquence fonctionnelle de cette mutation chez les hyènes reste à déterminer.
Les populations virales détectées dans l’étude ont montré une expansion et une diversification rapides au fil du temps. Il est bien connu dans la littérature que la force de sélection augmente avec l’expansion d’une population virale.
L’épidémie de zoo offre un aperçu concret de l’évolution virale
Dans l’ensemble, les populations virales isolées des animaux infectés présentaient une répartition à peu près égale des signatures de sélection positives et négatives, à l’exception de celles isolées des hyènes, qui présentaient une sélection positive particulièrement forte.
Les chercheurs ont déclaré que cette différence pourrait être liée au calendrier de collecte des échantillons, car les échantillons d'hyènes ont été collectés plus tard dans l'épidémie et peuvent donc avoir été collectés plus tard au cours de leur infection par rapport aux échantillons de lions et de tigres. Ces découvertes mettent en valeur la possibilité d’un taux évolutif accru du SRAS-CoV-2 chez les hyènes.
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude fournissent un aperçu précieux des mécanismes sous-jacents à l’évolution du virus au sein de l’hôte après une transmission entre espèces.
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