À la recherche du prochain virus pandémique

Les maladies zoonotiques représentent 75% des maladies infectieuses nouvelles ou émergentes – les virus d'origine animale sont particulièrement préoccupants. Les scientifiques peuvent-ils trouver des virus à potentiel zoonotique avant qu'ils ne se propagent à la population humaine ? Source ASM Microbiology.

«À la recherche du prochain virus pandémique», source Madeline Barron, ASM News.

Et si les chercheurs pouvaient trouver le prochain virus pandémique avant qu'il ne trouve les humains ? C'est la base des initiatives de découverte de virus, qui impliquent la recherche et le catalogage des virus dans les populations animales pour découvrir les menaces zoonotiques potentielles. Mais où les chercheurs devraient-ils chercher des agents pathogènes zoonotiques dont ils ignorent l'existence ? Plus important encore, comment peuvent-ils utiliser les connaissances acquises grâce aux efforts de chasse aux virus pour prévenir les pandémies ? C'est compliqué.

D'une part, les outils informatiques ont renforcé l'utilité des données de découverte en identifiant de nouveaux virus animaux (et leurs hôtes) qui présentent le plus grand risque zoonotique. En revanche, prévenir la prochaine pandémie, qui, comme toute pandémie virale depuis le début du XXe siècle, proviendra probablement d'un virus d'origine animale, est une tâche colossale. Selon le Dr Gregory Albery, écologiste des maladies à l'Université de Georgetown et co-fondateur de la Viral Emergence Research Initiative (Verena), la découverte de virus n'est qu'un seul engrenage dans un système complexe de procédures et de comportements de réduction des risques zoonotiques.

Le rôle de la découverte de virus dans la prévention des pandémies zoonotiques

Selon le Dr Neil Vora, ancien agent du service de renseignement sur les épidémies du Centers for Disease Control and Prevention (CDC) des États-Unis et médecin chez Conservation International, il existe 2 branches de la prévention des pandémies : primaire et secondaire. Cette dernière est largement réactionnaire ; la surveillance des maladies préoccupantes et les efforts associés pour contenir la propagation de cette maladie ont lieu après qu'un événement de débordement s'est produit.

À l'inverse, la prévention primaire se concentre sur la prévention des retombées de l'animal sur l'hôte humain. La découverte virale s'aligne sur cette stratégie. Idéalement, en profilant les virus circulant parmi les animaux, les chercheurs espèrent savoir quels virus existent à proximité des humains et comment ces virus peuvent évoluer ou acquérir la capacité d'infecter les humains. De telles informations pourraient aider les scientifiques à développer des stratégies pour éviter des retombées sur la route. Elles pourraient également éclairer les tactiques de prévention secondaire, y compris le développement de vaccins et de diagnostics pour les menaces zoonotiques émergentes.

Cette vision ramifiée de la découverte de virus en tant que tremplin pour la préparation à une pandémie a éclairé plusieurs initiatives au cours de la dernière décennie. Un exemple frappant est PREDICT, un projet mené par l'Agence américaine pour le développement international (USAID) en partenariat avec l'Université de Californie (UC) Davis One Health Institute. PREDICT, qui s'est déroulé de 2009 à 2020, a permis une surveillance mondiale des agents pathogènes qui peuvent se propager des animaux hôtes aux humains. Les chercheurs ont identifié 958 nouveaux virus, dont un nouveau virus Ebola et plus de 100 nouveaux coronavirus provenant de plus de 160 000 animaux et personnes à des interfaces animal-humain à haut risque dans plus de 30 pays. Les découvertes ont mis en lumière la distribution des virus à potentiel zoonotique et ont fourni une base pour étudier leur virologie, leur pathogenèse et leur évolution.

De nouvelles initiatives sont également en préparation. En octobre 2021, l'USAID a annoncé un projet de 125 millions de dollars sur 5 ans (Discovery & Exploration of Emerging Pathogens-Viral Zoonoses, or DEEP VZN) visant à renforcer la capacité mondiale à détecter et à comprendre les risques de propagation virale de la faune à l'homme qui pourrait causer une autre pandémie. Le National Institute of Allergy and Infectious Disease (NIAID) des États-Unis a également lancé récemment le Centers for Research in Emerging Infectious Diseases (CREID), qui réunit des équipes multidisciplinaires de chercheurs du monde entier pour étudier les maladies infectieuses émergentes et réémergentes. Bien que le CREID ne se concentre pas spécifiquement sur la découverte de virus, les projets du réseau comprennent des prélèvements de la faune pour les virus à fort potentiel zoonotique en Malaisie et en Thaïlande, et la surveillance des populations animales dans diverses régions pour les virus connus et inconnus.

Comment chasser un virus ?

Lorsque les scientifiques partent à la chasse aux virus, ils prélèvent généralement des échantillons d'animaux (par exemple, du sang et des matières fécales) et utilisent des méthodes de biologie moléculaire (par exemple, la PCR et/ou le séquençage à haut débit) pour détecter les virus présents dans le prélèvement. Mais où les chercheurs devraient-ils chercher des virus à potentiel zoonotique, et quels types de virus devraient-ils rechercher ? Le risque de propagation d'un virus dépend de facteurs liés au virus lui-même, à son ou ses hôtes animaux et à l'environnement, qui façonnent tous les stratégies de découverte.

Cibler les interfaces homme-animal dans les points chauds de débordement

Le débordement est intimement lié aux impacts liés à l’homme sur l'environnement et aux modifications de celui-ci. La déforestation, par exemple, augmente les chances que les humains rencontrent des animaux auparavant isolés et leurs virus. Il contribue également au changement climatique, qui (avec sa myriade d'autres effets négatifs) favorise les retombées en forçant les animaux à quitter des environnements de plus en plus inhospitaliers vers des régions peuplées. En tant que tels, les points chauds de débordement sont centrés dans des régions tropicales riches en biodiversité subissant des changements d'affectation des terres (par exemple, la déforestation), en particulier en Asie du Sud-Est, en Afrique de l'Ouest et centrale et dans le bassin amazonien, où le changement climatique a, et continuera d'avoir, des effets prononcés.

Au sein de ces points chauds, les efforts de découverte de virus se concentrent sur les interfaces animal-humain. Les chercheurs recueillent des prélèvements du bétail et d'animaux domestiques qui peuvent servir de réservoirs pour que les virus se propagent aux humains. Ils ciblent également les animaux sauvages faisant l'objet d'un commerce d'espèces sauvages (l'une des principales voies de transmission virale entre les animaux et les humains) et ceux qui vivent avec ou à proximité des humains. Par exemple, le virus Bombali, un nouveau virus Ebola découvert via le projet PREDICT, a été isolé chez des chauves-souris à queue libre qui se perchent dans les maisons des habitants de la Sierra Leone. La Dr Christine Johnson, directrice de l'EpiCenter for Disease Dynamics à l'UC Davis One Health Institute, a souligné que le virus a depuis été détecté dans d'autres pays et que les chercheurs étudient actuellement s'il pouvait infecter les humains (ou l'a déjà fait).

Prélèvements d'animaux susceptibles d'héberger des virus zoonotiques

La proximité des humains avec les animaux n'est qu'un des facteurs du risque de propagation d'un virus ; la physiologie, le comportement et la répartition géographique de son ou de ses hôtes jouent également un rôle. Par exemple, la parenté génétique entre l'hôte animal d'un virus et l'homme peut influencer si les gens possèdent la machinerie cellulaire pour faciliter l'entrée et la réplication du virus. C'est l'une des nombreuses raisons pour lesquelles les maladies zoonotiques émergent souvent chez les mammifères sauvages. À cette fin, Johnson et ses collègues ont récemment découvert que 3 ordres de mammifères (rongeurs, chauves-souris et primates) hébergeaient près de 76% des virus zoonotiques connus. Les chauves-souris et les rongeurs sont particulièrement connus pour héberger des agents pathogènes zoonotiques, bien que les raisons ne soient pas tout à fait claires. Cela peut être lié, en partie, au grand nombre d'espèces de chauves-souris et de rongeurs réparties dans le monde (respectivement, environ 1 400 et 2 500).

En effet, les animaux avec une grande diversité d'espèces et de larges zones géographiques ont un plus grand risque de transmission virale entre espèces. Alors que le changement climatique oblige les animaux à se réfugier dans de nouveaux habitats, le partage viral entre diverses espèces de mammifères (y compris les humains) devrait augmenter. Ainsi, concentrer les initiatives de découverte de virus sur certains groupes d'animaux (c'est-à-dire de mammifères) est utile pour découvrir les menaces zoonotiques. Bien que ce ne soit pas une mince tâche (on estime que les scientifiques ne connaissent qu'environ 1% des virus des mammifères), cela permet une chasse plus ciblée.

Focus sur les virus à fort potentiel de propagation

Tous les virus ne sont pas égaux dans leur potentiel de propagation vers et parmi les humains. Par exemple, la variabilité génétique, l'adaptabilité et la large gamme d'hôtes des virus à ARN, comme les coronavirus et les virus de la grippe, en font des candidats de premier plan pour les retombées. Les virus à ADN ont un taux d'évolution inférieur à 1% de celui des virus à ARN, ce qui rend moins probable l'infection réussie et l'adaptation à de nouveaux hôtes (par exemple, les humains). En effet, les virus à ARN sont les coupables des récentes pandémies, de la pandémie de grippe H1N1 à la COVID-19. Étant donné qu'il est probable que le prochain virus pandémique présentera des similitudes avec ceux déjà connus pour infecter les humains, les experts estiment que la recherche de virus ayant un potentiel de débordement démontré est une approche avantageuse. Pour cette raison, PREDICT a principalement utilisé la PCR consensus (cPCR) pour la découverte ciblée des coronavirus, filovirus, paramyxovirus et virus de la grippe ; chaque groupe comprend des virus de «préoccupation zoonotique connue» avec un «risque élevé de provoquer de futures épidémies ou pandémies». L'accent mis sur l'étude de certains pathogènes «prototypes» hautement prioritaires pour atténuer les menaces futures a également gagné du terrain dans le plan de préparation à la pandémie du NIAID, annoncé plus tôt cette année.

Donner un sens aux données de découverte avec les technologies de risque zoonotique

Pourtant, même avec une stratégie de chasse aux virus ciblée, «l'identification des virus n'est que la première étape», a déclaré Albery. «Après ce point, vous devez évaluer leur risque, qui est une toute autre paire de manches.» En d'autres termes, trouver un virus est formidable, mais connaître le risque qu'il représente pour l'homme est essentiel.

Ce besoin a conduit au développement d'outils informatiques, ou technologies de risque zoonotique, qui utilisent ce que l'on sait sur les virus qui infectent les humains pour prédire quels agents pathogènes animaux peuvent constituer une menace de propagation. Par exemple, les chercheurs ont développé un outil Internet interactif open source, appelé SpillOver, qui utilise les données de PREDICT pour effectuer une évaluation comparative des risques entre les virus zoonotiques connus et ceux présentant un potentiel de propagation non caractérisé. Dans leurs analyses initiales, l'équipe a découvert que les virus les mieux classés étaient des agents pathogènes connus, notamment le virus Lassa et le virus Ebola, bien que la liste contienne également des virus nouvellement détectés, en particulier des coronavirus. Johnson et ses collègues ont également développé une nouvelle méthode qui utilise l'apprentissage automatique pour déterminer la gamme d'hôtes de virus zoonotiques connus afin de prédire l'espèce hôte de nouveaux virus animaux et où les humains s'intègrent dans le mélange.

Ces outils offrent plusieurs avantages. Albery a noté que la découverte et l'identification virales doivent être suivies d'expériences en laboratoire pour comprendre la dynamique d'infection des virus d'intérêt (par exemple, le récepteur d'entrée dans les cellules humaines et son utilisation, la réplication virale et la pathogenèse, entre autres caractéristiques). Les technologies à risque zoonotique peuvent aider les chercheurs à cibler leurs expériences (et leurs ressources) sur les virus à haut risque.

Dans cet esprit, la technologie des risques zoonotiques peut également façonner les pipelines de chasse aux virus dès le départ. Albery et ses collègues ont récemment utilisé des modèles d'apprentissage automatique pour identifier les espèces de chauves-souris susceptibles d'héberger des bêtacoronavirus non découverts (une famille de virus à haut risque de propagation qui comprend le MERS-CoV, le SARS-CoV-1 et le SARS-CoV-2), sur la base des caractéristiques de transporteurs connus. L'équipe a identifié 400 espèces de chauves-souris dans le monde qui pourraient être des hôtes non détectés de bétacoronavirus.

«Ce que nos outils nous permettent de faire, c'est de réduire les chauves-souris susceptibles d'héberger des bétacoronavirus, de cibler notre échantillonnage sur ces espèces et d'extraire les virus qui, selon nous, pourraient en fait, un jour, constituer un risque réel pour la santé humaine», a déclaré le Dr. Colin Carlson, auteur principal de l'étude et professeur de recherche adjoint au Center for Global Health Science and Security de l'Université de Georgetown, lors de l'atelier numérique du Verena Forum on Zoonotic Risk Technology en janvier 2021. Carlson, qui a cofondé Verena avec Albery, a noté que ce sous-ensemble de virus peut ensuite être rattaché à des analyses en aval, permettant peut-être le développement ciblé de diagnostics et de vaccins pour les virus problématiques avant qu'ils n'infectent les humains.

La chasse aux virus ne suffit pas pour prévenir les pandémies zoonotiques

Néanmoins, Carlson a averti que «la connaissance d'un virus ne nous rend pas intrinsèquement plus préparés.» En effet, le MERS-CoV et le SARS-CoV-1 ont fait allusion à la menace potentielle des coronavirus de type SRAS, mais la connaissance de la menace n'a pas arrêté la COVID-19. De plus, ce n'est pas parce qu'on cherche le prochain agent pathogène pandémique qu'on le trouvera. Il est pratiquement impossible de détecter chaque virus dans le monde animal. Certains passeront inévitablement entre les mailles du filet. Vora a souligné qu'avec nos connaissances et technologies actuelles, il est difficile de déterminer quels virus animaux nouvellement découverts pourraient causer une maladie humaine, ou une pandémie d'ailleurs. Un mélange complexe de facteurs ancrés dans l'immunologie, l'écologie et l'épidémiologie détermine si un virus réussit à infecter un hôte humain et à se propager. Albery a convenu : la découverte, même lorsqu'elle est renforcée par des outils informatiques émergents, «ne va pas vraiment suffire» pour conduire une action coordonnée et efficace pour freiner les pandémies zoonotiques.

«Nous devons être clairs sur ce qui est pour aujourd'hui - des actions ici et maintenant pour sauver des vies - par rapport à ce qui est de générer des connaissances», a déclaré Vora. Il a souligné les actions qui minimisent les risques de débordement, quelle que soit la menace virale spécifique. Il s'agit notamment de réduire la déforestation, de réglementer les marchés commerciaux et le commerce des espèces sauvages, d'améliorer le contrôle des infections lors de l'élevage d'animaux de ferme et d'améliorer la santé des communautés vivant dans les foyers de maladies émergentes.

Pour Johnson, il ne fait aucun doute que la découverte de virus est importante, mais le cadre dans lequel elle est mise en œuvre est essentiel. Elle a utilisé PREDICT comme exemple, déclarant que le projet ne visait pas seulement à découvrir de nouveaux virus, il «cherchait également à unifier la surveillance des virus dans les secteurs de la santé animale et humaine et à identifier les interfaces faune-humain, en particulier dans les zones où le paysage change, la déforestation et d'autres aspects de l'environnement qui pourraient favoriser une partie de la connectivité entre les animaux et les humains et augmenter le niveau de risque.» PREDICT visait à renforcer les capacités de détection et de surveillance dans les pays où, historiquement, ces capacités étaient limitées. Le projet a également combiné des efforts de découverte virale «avec une approche qui a également détecté des virus connus dans les familles de virus qui étaient déjà préoccupantes.»

En conséquence, tous les experts ont souligné qu'en plus des efforts de prévention primaire qui réduisent le risque de contagion, il est nécessaire de soutenir des stratégies de prévention secondaire qui traitent des contagions lorsqu'elles se produisent (inévitablement). Cela comprend la surveillance des animaux et des personnes pour garder un œil sur les agents pathogènes zoonotiques connus et inconnus au fur et à mesure qu'ils apparaissent dans une population et le renforcement de l'infrastructure de soins de santé pour y répondre lorsqu'ils le font. «Si [nous] choisissons de ne pas investir dans l'un de ces éléments, nous aurons un maillon faible et nous resterons sensibles», a averti Vora. «Aucun d'entre eux n'est parfait en soi.»