Ces virus géants qui pourraient jouer un rôle clé au niveau du changement climatique

© David Sauveur / Fondation Tara Océan

Communiqué – le 7 septembre 2020

Répartition géographique du virus géant marin à l’échelle mondiale – La spécificité de l’océanographie est évidente

Une équipe de recherche internationale dirigée par les professeurs adjoints Hisashi Endo et Hiroyuki Ogata de l’Institut de recherche chimique de l’université de Kyoto a révélé la répartition mondiale de virus géants dans l’Océan à l’aide d’échantillons recueillis lors de l’expédition Tara Oceans (2009-2013). L’étude suggère que les virus géants pourraient jouer un rôle clé dans la détermination de la dynamique de diverses populations hôtes, y compris le phytoplancton, dans les écosystèmes marins, et pourraient également être étroitement liés au contrôle des cycles des matières et du réchauffement climatique.

soixanteseize-tara-expeditionsLa mission Tara Oceans, aux coins de l’Océan (2009-2013) © Guillaume Bounaud – Christian Sardet / SoixanteSeize – Fondation Tara Océan

Le programme Tara Oceans, qui a débuté en septembre 2009, implique un voyage de quatre ans pour étudier leplancton marin (écosystèmes composés de micro-organismes tels que les virus, les bactéries, le phytoplancton et le zooplancton) à l’échelle mondiale, et 7 ans d’analyses pour approfondir notre compréhension des organismes et de leurs interactions avec l’environnement, et pour développer une compréhension du rôle du phytoplancton dans le contrôle du changement climatique. Cette aventure de 938 jours en mer nous a emmenés dans la Méditerranée, l’océan Indien, l’océan Atlantique et l’océan Pacifique, ainsi que dans les océans Antarctique et Arctique. Le projet a été soutenu par le Centre national de la recherche scientifique (CNRS), le Laboratoire européen de biologie moléculaire (EMBL), le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), la France et un certain nombre d’institutions publiques et privées, et a été dirigé par le biologiste Eric Karsenti, directeur scientifique de l’étude, et Etienne Bourgois et Romain Troublé, responsables de la Fondation Tara Océan.

Dans cette étude, les données métagénomiques des échantillons d’eau de mer mondiaux recueillis par l’expédition scientifique Tara Oceans (2009-2013) ont été analysé par calcul pour déterminer les phylogénies des virus géants présents dans les échantillons. On a donc découvert que diverses phylogénies de virus géants existent dans toutes les régions du monde. Nous avons également constaté que la composition phylogénétique des virus géants diffère grandement selon la superficie et la taille (fraction de taille) de l’Océan. La diversité des virus géants est faible, en particulier dans l’océan Arctique, mais il existe de nombreuses lignées phylogénétiques qui sont uniques à l’océan Arctique. Ainsi, les échantillons mondiaux d’eau de mer joueront un rôle très important dans la compréhension des écosystèmes marins, y compris les virus géants, et de l’impact du changement climatique et des modifications de l’environnement à l’avenir.

Qu’est-ce que le virus géant ?

Mimivirus virus factory©Ogata-University-of-Kyoto_1200Micrographie électronique du virus géant Mimivirus infectant des Amibes © Hiroyuki Ogata / Université de Kyoto

Les virus sont des parasites qui infectent d’autres organismes et se multiplient en utilisant les voies métaboliques intracellulaires et les machines de synthèse des protéines. Les virus ne se trouvent pas seulement sur terre, mais aussi dans l’Océan. On estime qu’il y a des centaines de millions de virus dans un seul verre d’eau de mer, dépassant de loin tous les autres organismes marins (plancton, bactéries, etc.).

Au début du siècle, un certain nombre de virus ont été découverts dans des environnements si divers qu’ils dépassent certains organismes unicellulaires en termes de taille des particules et de longueur du génome. Ils ont été appelés “virus géants” parce qu’ils sont plus grands que les autres virus (figure 3). Ces virus géants, tels que les mimivirus, les pandoravirus et les virus de la méduse isolés dans les tours de refroidissement, les étangs, les sources chaudes et l’Océan, ajoutent de nouveaux mystères à l’origine et à l’évolution de la vie. En même temps, le rôle qu’ils jouent sur la Terre aujourd’hui n’est pas clair. Le projet Tara Oceans a fourni la première estimation de la quantité de virus géants dans l’environnement marin. Dans cette étude, nous avons également analysé par calcul les données métagénomiques des échantillons d’eau de mer mondiaux recueillis au cours du projet et analysé la phylogénie des virus géants dans les échantillons.

Le virus géant est présent dans tous les océans

Cette étude a révélé que diverses phylogénies des virus géants sont présentes dans toutes les régions océaniques. En outre, la composition phylogénétique des virus géants diffère fortement selon la zone et la taille (fraction de taille). La diversité des virus géants est faible, en particulier dans l’océan Arctique, mais il existe de nombreuses phylogénies propres à l’océan Arctique. Plus précisément, 22 % des virus géants observés dans l’océan Arctique n’ont été trouvés dans aucune autre région. L’océan Arctique connaît actuellement des changements dans la structure de l’écosystème en raison du changement climatique, et il est important de prêter attention à la façon dont la communauté de virus géants réagit aux changements environnementaux à l’avenir.

Les virus géants ne peuvent pas être ignorés dans la compréhension des écosystèmes marins 

La composition phylogénétique des macavirus observés dans la couche lumineuse (0 m à 200 m) et dans la couche mésopélagique (200 m à 1 000 m), où la lumière du soleil n’atteint pas la surface, était également très différente. L’équipe de recherche a découvert que ces variations dans la distribution phylogénétique des macavirus étaient fortement corrélées avec la distribution des micro-organismes eucaryotes (phytoplancton et protistes hétérotrophes) qui y vivent.

D’autre part, curieusement, ils ont constaté que presque toutes (99 %) les lignées virales géantes observées dans la couche mésopélagique de certaines eaux étaient également présentes dans la couche claire. Pour expliquer cela, les chercheurs ont fait une comparaison détaillée de la composition des macavirus à la surface et dans la couche mésopélagique, et ont constaté qu’il y a des zones où la composition phylogénétique des macavirus aux deux profondeurs est exceptionnellement similaire. Les chercheurs ont également constaté que la production de base du phytoplancton dans la couche de surface (où les organismes produisent de la matière organique à partir du dioxyde de carbone) était élevée à ces endroits, et que la diversité des macavirus augmentait dans la couche mésopélagique. L’équipe pense que ce phénomène est dû à la sédimentation des macrovirus de la surface dans un océan et un environnement particuliers.

En d’autres termes, les écosystèmes microbiens marins sont en partie liés à la couche légère et à la couche mésopélagique, et des virus géants, qui ne peuvent pas se fixer sous leur propre poids, peuvent être transportés vers la couche mésopélagique par infection ou fixation à des organismes eucaryotes.

Effets d’entraînement et projets d’avenir 

Ces études montrent que dans le vaste Océan, les macavirus forment des communautés locales qui accueillent une variété de micro-organismes eucaryotes. La diversité et l’ubiquité des macrovirus observés dans cette étude indiquent que cet effet de destruction s’étend à une gamme diversifiée d’organismes dans l’ensemble de l’Océan. La diversité et l’ubiquité des virus géants observés dans cette étude suggèrent qu’ils peuvent affecter la dynamique des communautés locales et le dépôt de particules de micro-organismes eucaryotes et, par conséquent, peuvent contribuer aux cycles matériels mondiaux.

D’autres recherches devraient permettre de déterminer comment les virus dans leur ensemble, y compris les virus géants, sont impliqués dans la circulation des matériaux dans les océans. La répartition géographique du virus géant révélée dans cette étude devrait servir de base à ces futures recherches.

Commentaire du chercheur

Hisashi Endo : “Grâce à des réalisations récentes, dont cette étude, les virus géants deviennent un élément essentiel de notre compréhension des écosystèmes marins. À l’avenir, j’aimerais quantifier l’abondance et les fonctions écologiques des virus géants du point de vue des cycles de la matière”.

Hiroyuki Ogata : “Cette étude est unique en ce sens qu’elle a analysé la répartition des virus géants à l’échelle mondiale. À l’avenir, nous aimerions élucider les fonctions écologiques dynamiques des virus géants en analysant les données des séries chronologiques”.

À propos du projet de recherche

Ce travail a été soutenu par des subventions à la recherche scientifique (subventions à la recherche scientifique sur la néo-virologie, subventions à la recherche scientifique (B), jeunes scientifiques) et par l’Institut de recherche chimique de l’université de Kyoto.

“La biogéographie des virus géants marins révèle leur interaction avec les eucaryotes et les fonctions écologiques (“Biogeography of marine giant viruses reveals their interplay with eukaryotes and ecological functions”), Hisashi Endo, Romain Blanc-Mathieu, Yanze Li, Guillem Salazar, Nicolas Henry, Karine Labadie, Colomban de Vargas, Matthew B. Sullivan, Chris Bowler, Patrick Wincker, Lee Karp-Boss, Shinichi Sunagawa, Hiroyuki Ogata.
Nature Ecology & Evolution DOI : 7 septembre 2020, 16h (heure de Londres).

 Contact

Hisashi Endo - Professeur assistant, Institut de recherche chimique, Université de Kyoto
0774-38-3272 - endo@scl. kyoto-u.ac.jp

Hiroyuki Ogata - Professeur à l’Institut de recherche chimique, Université de Kyoto
0774-38-3274 - ogata@kuicr. kyoto-u.ac.jp

Articles associés