Les propriétés de la Quasi-espèce

Nous avons vu (cf. La Quasi-espèce ...), qu’en théorie, la probabilité de produire deux génomes à ARN longs de 10’000 bases identiques est quasi nulle, puisque une erreur est introduite pour 10’000 bases copiées. En réalité, cette très faible probabilité est tempérée pour les raisons suivantes…. i) Certaines séquences de bases dans le génome sont absolument nécessaires au processus de copie, et lorsqu’une mutation est introduite dans cette séquence, ou bien ce génome n’est pas produit, ou s’il l’est, ce génome produit ne pourra plus servir à perpétuer la chaîne de copie. On voit là une limitation à produire des génomes mutés. ii) Durant une infection, des dizaines de milliards de virus sont produits par une succession d’infections  de cellules à cellules. Pour que ces infections aient lieu, les virus produits doivent être compétents. Cela signifie que les protéines virales doivent rester fonctionnelles. Ainsi, toute mutation qui annule une des fonctions virales va empêcher la propagation de génomes  portant des mutations.  En fin de compte, la nécessité de produire des génomes compétents pour leur réplication, ainsi que celle de produire des virus compétents pour leur transmission vont éliminer une partie des virus mutants générer lors de la multiplication virale. Toute les possibilités d’introduction de changements ne sont pas viables. L’intégrité d’une grande partie du génome est requise pour que le virus continue à exister. Et dans cette « grande partie du génome » tous les génomes ont une contrainte à rester identiques.

Malgré cette limitation à l’hétérogénéité totale, le taux d’introduction  de mutations aléatoires est suffisant pour que lors d’une infection il y ait co-existence de virus fonctionnels partiellement différents les uns des autres. Ces virus doivent être transmis et se multiplier dans un environnement cellulaire précis et limité. On parle ici des hôtes infectés: une espèce donnée (homme, oiseau, chauve souris…) et des cellules d’un certain tissu des individus de cette espèce. Comme parasites intracellulaires obligatoires, les virus sont fortement tributaires de cet environnement et les virus les mieux adaptés à cet environnement vont se transmettre et se multiplier de manière plus efficace  que ceux portant des mutations  qui vont entraver tant soit peu leur multiplication ou transmission. Quantitativement, la quasi-espèce est donc formée par une sous-espèce majoritaire « dominante »de virus les mieux adaptés, et d’une multitude de sous-populations de virus crées par l’introduction d’une mutation qui, si elle n’annule pas leur  possibilité d’existence, les rend moins aptes à la multiplication et/ou la transmission.  Ces sous-espèces moins adaptées seront légions, mais auront tendance à rester chacune  au niveau quantitatif auquel elles ont été produites, c’est à dire à 1/10’000.  La composition de la quasi-espèce est ainsi gérée en permanence par deux forces opposées, la sélection d’une sous-espèce dominante (en quantité) la mieux adaptée et la propension à accumuler une myriade de sous-espèces minoritaires (chacune en quantité minime) moins adaptées suite à l’introduction de mutations.

C’est dans cette myriade de sous-espèces minoritaires que réside le pouvoir d’adaptation des virus. Si l’environnement de l’infection change de manière qu’il ne correspond plus aux conditions de multiplication de l’espèce dominante, un virus minoritaire va émerger dont la mutation acquise  (qui le rendait mal adapté) va donner un avantage sélectif dans ce nouvel environnement.

Un autre exemple que celui des virus de la grippe déjà décrit (cf. Les virus ont une capacité d’adaptation formidable) concerne le virus de l’immunodéficience humaine (VIH). Le VIH conduit, comme son nom l’indique, à la destruction des systèmes de défense (immunodéficience) de l’individu infecté qui meurt (sans traitement) suite à l’infection par d’autres agents infectieux.  Des médicaments on été développés qui agissent en bloquant la multiplication du virus à différentes étapes de son cycle. A l’administration d’un seul de ces médicaments, après une diminution temporaire de la quantité de virus dans le sang du patient (montrant l’efficacité du médicament), émerge invariablement un virus résistant à ce médicament, rendant le traitement inefficace. Le génome de ce virus résistant contient une mutation qui annule l’action du médicament. Ce mutant a été sélectionné suite au changement de l’environnement de l’infection (introduction d’un médicament) pour devenir la nouvelle sous-espèce dominante. Parmi les milliards de virus produits chaque jour, il n’est pas surprenant qu’un mutant produit à une fréquence de 1/10’0000 ait été présent dans la myriade des sous-espèces pour lesquelles les conditions initiales (sans médicament) ne permettaient pas un enrichissement quantitatif. La solution à ce problème a été trouvée par le traitement simultané avec trois médicaments nécessitant la sélection d’un triple mutant dont la fréquence d’apparition est maintenant de 1/mille milliards (1/10’000 x1/10’000×1/10’000), beaucoup moins probable.