Ecole Doctorale

Sciences de la Vie et de la Santé

Spécialité

Biologie-Santé - Spécialité Maladies Infectieuses

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

virus géant,génomique,biologie moléculaire,phylogénie,

Keywords

giant virus,genomic,molecular biology,phylogeny,

Titre de thèse

Études génomiques, évolutives et fonctionnelles des virus géants associés aux amibes
Genomic, evolutive and functional studies of giant viruses associated with amoebae

Date

Vendredi 26 Novembre 2021 à 8:00

Adresse

IHU - Méditerranée Infection, 19-21 Boulevard Jean Moulin, 13005 Marseille Amphithéatre

Jury

Directeur de these M. Anthony LEVASSEUR Aix-Marseille Université
Rapporteur M. Patrice MORAND Université Grenoble Alpes
Rapporteur M. Bruno POZZETTO Université de Saint-Etienne
Examinateur Mme Giovanna MOTTOLA Aix-Marseille Université

Résumé de la thèse

Une révolution dans le monde viral est actuellement en cours avec la découverte des virus géants qui repoussent grâce à leurs caractéristiques uniques, la frontière de la virologie. Jusqu’alors insoupçonné, les principales caractéristiques des virus géants se distinguent par la taille exceptionnellement importante de leurs particules virales, ainsi que de leur génome composé d’une grande richesse génique. Ces caractéristiques ont contribué à la déconstruction de la définition historique du virus. Le développement et l’amélioration des stratégies d’isolations de ces virus ainsi que l’utilisation des dernières techniques de séquençage a permis la multiplication des découvertes montrant une grande diversité de tailles, de formes, d’écosystème et d’interactions avec leur hôte. Ils sont classifiés au sein du phylum des Nucleocytoviricota où ils forment plusieurs sous-familles parmi les autres grands virus à ADN nucléo-cytoplasmiques tels que les Poxviridae ou Phycodnaviridae. L’objectif de la thèse est d’explorer la diversité des virus géants et leurs différents mécanismes en s’appuyant d’une part sur les outils bio-informatiques et d’autre part sur la validation expérimentale et ce, afin de mieux comprendre leur biologie. La génomique nous a ainsi permis d’analyser plusieurs familles virales. La première famille étudiée est celle des marseillevirus, deuxième famille de virus géants découverte et la deuxième plus importante en termes de nombre de virus décrits. L’accessibilité des données génomiques nous a permis de poursuivre l’analyse de leur contenu génétique en particulier leur pangénome composé du core génome (gènes partagés par l’ensemble des virus de cette famille) et du génome accessoire (gènes uniques ou partagés par quelques individus). Les résultats ont dévoilé un pangénome large et ouvert contenant un grand nombre de gènes codant pour des fonctions inconnues. Par la suite, nous nous sommes intéressés aux Tupanvirus, membres de la famille des mimivirus, dont deux souches ont été isolées : Tupanvirus soda lake et Tupanvirus deep ocean. La dégradation des ARN ribosomaux de l’hôte amibien uniquement lors d’une infection avec Tupanvirus soda lake nous a donné l’opportunité d’étudier le mécanisme impliqué grâce à des approches in silico (analyses bioinformatiques) et in vitro (inhibition génique). La comparaison génomique des deux virus a permis de mettre en évidence une enzyme (une RNase T2) potentiellement responsable de cette dégradation dont l’implication a été confirmée par des expériences d’inhibition. Dans un dernier volet de ces travaux, la découverte d’un nouveau virus géant nommé Clandestinovirus nous a donné l’opportunité de décrire un deuxième membre de la nouvelle famille des Medusaviridae. L’analyse de son cycle viral a révélé une entrée et une réplication du virus dans le noyau de son hôte. Cette singularité nous a poussé à investiguer plus amplement son génome en particulier son contenu génique. Les résultats ont mis en évidence la présence des quatre histones et de l’histone de liaison pouvant former le nucléosome ainsi que la présence de protéines en lien avec le fonctionnement des mitochondries et du contrôle du cycle cellulaire. Ces résultats suggèrent fortement une manipulation de l’amibe par Clandestinovirus à son propre avantage. Pour finir, les échantillons anciens sont des sources d’informations sur l’évolution des différentes familles de virus géants. Nous avons profité de la disponibilité de données métagénomiques du contenu intestinal de la momie Ötzi pour rechercher des séquences de virus géants dans ces échantillons. Les résultats ont démontré la présence de séquences de virus géants soulignant l’importance de ne pas négliger les virus géants dans la diversité du virome humain.

Thesis resume

A revolution in the viral world is currently underway with the discovery of giant viruses that are pushing back the frontiers of virology with their unique characteristics. Until now unsuspected, the main characteristics of giant viruses are the exceptionally large size of their viral particles, as well as their genome composed of a large number of genes. These characteristics have contributed to the deconstruction of the historical definition of the virus. The development and improvement of isolation strategies for these viruses, as well as the use of the latest sequencing techniques, has led to an increasing number of discoveries showing a great diversity of sizes, shapes, ecosystems, and interactions with their host. They are classified in the phylum Nucleocytoviricota where they form several subfamilies among other nucleocytoplasmic large DNA viruses such as Poxviridae or Phycodnaviridae. The objective of the thesis is to explore the diversity of giant viruses and their different mechanisms by relying on both bioinformatic tools and experimental validation to better understand their biology. Thus, genomics has been used to analyze several viral families. The first one studied is the Marseilleviridae family, the second-largest family of giant viruses discovered and the second largest in terms of the number of viruses described. The accessibility of genomic data allowed us to pursue the analysis of their genetic content, in particular their pangenome composed of the core genome (genes shared by all viruses of this family) and the accessory genome (unique genes or genes shared by a few individuals). The results revealed a large and open pangenome containing a large number of genes coding for unknown functions. Then, we focused on Tupanviruses, members of the mimivirus family, from which two strains have been isolated: Tupanvirus soda lake and Tupanvirus deep ocean. The degradation of ribosomal RNA of the amoebal host only during infection with Tupanvirus soda lake gave us the opportunity to study the mechanism involved through in silico (bioinformatics analysis) and in vitro (gene inhibition) approaches. The genomic comparison of the two viruses allowed us to identify an enzyme (an RNase T2) potentially responsible for this degradation, whose involvement was confirmed by inhibition experiments. In the final part of this work, the discovery of a new giant virus named Clandestinovirus gave us the opportunity to describe a second member of the new family of Medusaviridae. The analysis of its viral cycle revealed an entry and a replication of the virus in the nucleus of its host. This singularity led us to further investigate its genome, in particular its gene content. The results highlighted the presence of the four histones and the linker histone that can form the nucleosome as well as the presence of proteins related to the functioning of mitochondria and the control of the cell cycle. These results strongly suggest a manipulation of the amoeba by Clandestinovirus to its own advantage. Finally, ancient samples are sources of information on the evolution of the different families of giant viruses. We took advantage of the availability of metagenomic data from the intestinal contents of the mummy Ötzi to search for giant virus sequences in these samples. The results demonstrated the presence of giant virus sequences underlining the importance of not neglecting giant viruses in the diversity of the human virome.