Une partie de la calotte glaciaire du Groenland avec de la glace noircie causée par des algues. Crédit : Shunan Feng
Des chercheurs ont découvert sur la glace du Groenland des virus géants qui pourraient contrôler le noircissement et la fonte de la glace arctique en infectant les algues des neiges. L’exploitation de ces virus pourrait contribuer à ralentir la fonte des glaces, ouvrant ainsi une nouvelle voie à l’atténuation du changement climatique.
À mesure que l'Arctique dégèle chaque printemps, la faune et les algues noircissantes réapparaissent, ces dernières accélérant la fonte des glaces. Les scientifiques ont identifié des virus géants susceptibles de réguler ces algues. Ces virus sont uniques par leur taille et leur complexité génétique, offrant des solutions naturelles potentielles aux problèmes causés par la fonte rapide des glaces.
L'éveil de l'Arctique
Chaque printemps, lorsque le soleil se lève dans l'Arctique après des mois d'obscurité, la vie revient. Les ours polaires surgissent de leurs repaires d'hiver, les sternes arctiques reviennent de leur long voyage vers le sud et les bœufs musqués pataugent vers le nord.
Mais les animaux ne sont pas les seuls à être réveillés par le soleil printanier. Les algues dormantes sur la glace commencent à fleurir au printemps, noircissant de vastes zones de glace.
Lorsque la glace noircit, sa capacité à réfléchir le soleil diminue. Cela accélère la fonte des glaces, ce qui aggrave le réchauffement climatique.
L'un des échantillons dans lesquels Laura Perini a trouvé des virus géants. À première vue, cela ressemble à de l’eau sale, mais le sac regorge de micro-organismes, parmi lesquels les algues de glace qui noircissent la glace. Crédit : Laura Perini
Mais les chercheurs ont peut-être trouvé un moyen de contrôler la croissance des algues des neiges – et peut-être, à long terme, de réduire une partie de la fonte des glaces. Vivant sur la glace aux côtés des algues, la postdoctorante Laura Perini du Département des sciences de l'environnement de Université d'Aarhus et ses collègues, ont découvert des virus géants.
Elle soupçonne que les virus se nourrissent des algues des neiges et pourraient fonctionner comme un mécanisme de contrôle naturel de la prolifération d'algues.
« Nous ne savons pas grand-chose sur ces virus, mais je pense qu'ils pourraient être utiles pour atténuer la fonte des glaces causée par la prolifération d'algues. Nous ne savons pas encore dans quelle mesure ils sont spécifiques et quelle serait leur efficacité. Mais en les approfondissant, nous espérons répondre à certaines de ces questions », dit-elle.
Comprendre les virus géants
Les virus sont normalement beaucoup plus petits que les bactéries. Les virus ordinaires mesurent 20 à 200 nanomètres, alors qu’une bactérie typique mesure 2 à 3 micromètres. En d'autres termes, c'est normal virus est environ 1000 fois plus petite qu’une bactérie.
Ce n’est cependant pas le cas des virus géants.
Les virus géants atteignent la taille de 2,5 micromètres. C’est plus gros que la plupart des bactéries.
Mais les virus géants ne sont pas seulement plus gros. Leur génome est bien plus gros que celui des virus ordinaires. Les bactériophages – bactéries infectant les virus – possèdent entre 100 000 et 200 000 lettres dans leur génome. Les virus géants en comptent environ 2.500.000.
Jamais trouvé sur la glace auparavant
Les virus géants ont été découverts pour la première fois en 1981, lorsque des chercheurs les ont découverts dans l'océan. Ces virus s’étaient spécialisés dans l’infection des algues vertes marines. Plus tard, des virus géants ont été découverts dans le sol terrestre et même chez les humains.
Mais c'est la première fois que l'on découvre des virus géants vivant à la surface de la glace et de la neige dominés par des microalgues, explique Laura Perini.
« Nous avons analysé des échantillons de glace noire, de neige rouge et de trous de fonte (cryoconite). Dans la glace noire et dans la neige rouge, nous avons trouvé des signatures de virus géants actifs. Et c’est la première fois qu’on les trouve sur de la glace et de la neige contenant une grande abondance de microalgues pigmentées.
Les algues noircissent la glace. Lorsque cela se produit, la glace reflète moins la lumière du soleil et fond plus rapidement. Plusieurs zones du Groenland sont couvertes d'algues noires. Crédit : Laura Perini
L'écosystème entourant les algues
Il y a quelques années, tout le monde pensait que cette partie du monde était stérile et dépourvue de vie. Mais on sait aujourd’hui que plusieurs micro-organismes y vivent – dont les virus géants.
« Il y a tout un écosystème autour des algues. Outre les bactéries, les champignons filamenteux et les levures, il existe des protistes qui se nourrissent d'algues, différents espèces des champignons qui les parasitent et des virus géants que nous avons trouvés qui les infectent.
« Afin de comprendre les contrôles biologiques agissant sur les proliférations d'algues, nous devons étudier ces trois derniers groupes. »
Les défis de l’observation des virus géants
Même si les virus sont géants, ils ne sont pas visibles à l’œil nu. Laura Perini ne les a même pas encore vus au microscope optique. Mais elle espère le faire à l’avenir.
« Nous avons découvert les virus en analysant tous les ADN dans les échantillons que nous avons prélevés. En passant au crible cet énorme ensemble de données à la recherche de gènes marqueurs spécifiques, nous avons trouvé des séquences présentant une grande similitude avec les virus géants connus », explique-t-elle.
Pour s’assurer que l’ADN viral ne provenait pas de micro-organismes morts depuis longtemps, mais de virus vivants et actifs, ils ont également extrait tout l’ARNm de l’échantillon.
Lorsque les séquences d’ADN qui forment les gènes sont activées, elles sont transcrites en morceaux simple brin appelés ARNm. Ces éléments fonctionnent comme des recettes pour construire les protéines dont le virus a besoin. S'ils sont présents, le virus est vivant.
« Dans l’ARNm total séquencé à partir des échantillons, nous avons trouvé les mêmes marqueurs que dans l’ADN total, nous savons donc qu’ils ont été transcrits. Cela signifie que les virus sont vivants et actifs sur la glace », explique-t-elle.
L'ADN et ARN dans les virus
Au centre des virus géants se trouve un amas d’ADN. Cet ADN contient toutes les informations génétiques ou les recettes nécessaires à la création de protéines – les composés chimiques qui effectuent l’essentiel du travail du virus.
Mais pour utiliser ces recettes, le virus doit les transcrire de l’ADN double brin en ARNm simple brin.
Les virus normaux ne peuvent pas faire ça. Au lieu de cela, ils ont des brins d’ARN flottant dans la cellule qui attendent d’être activés lorsque le virus infecte un organisme et détourne ses installations de production cellulaire.
Les virus géants peuvent le faire eux-mêmes, ce qui les rend très différents des virus normaux.
Alors que l’ADN de virus morts peut être trouvé dans des échantillons, l’ARNm est décomposé beaucoup plus rapidement. L’ARNm est donc un marqueur important de l’activité virale. En d’autres termes, les recettes d’ARNm de certaines protéines montrent que les virus sont vivants et actifs.
Les mystères non résolus des virus géants
Les virus géants étant une découverte relativement nouvelle, on ne sait pas grand-chose à leur sujet. Contrairement à la plupart des autres virus, ils possèdent de nombreux gènes actifs qui leur permettent de réparer, de se répliquer, de transcrire et de traduire l’ADN.
Mais on ne sait pas pourquoi et pourquoi ils l’utilisent exactement.
« Nous ne pouvons pas établir de lien exact avec les hôtes infectés par les virus géants. Certains d’entre eux peuvent infecter les protistes tandis que d’autres s’attaquent aux algues des neiges. Nous ne pouvons tout simplement pas encore en être sûrs », déclare Laura Perini.
Elle travaille dur pour en savoir plus sur les virus géants et d'autres recherches seront bientôt publiées.
« Nous continuons à étudier les virus géants pour en savoir plus sur leurs interactions et quel est exactement leur rôle dans l’écosystème. Plus tard cette année, nous publierons un autre article scientifique contenant plus d'informations sur des virus géants infectant une microalgue cultivée prospérant à la surface de la glace de la calotte glaciaire du Groenland », conclut-elle.
