Soutenance de thèse de BUREL Emilie
Titre de thèse
Évolution virale au cours des infections chroniques : Contributions de la génomique à la compréhension de la COVID-19
Viral evolution during chronic infections: Contributions of genomics to the understanding of COVID-19
Résumé de la thèse
Depuis l'émergence du SARS-CoV-2 fin 2019, la pandémie de COVID-19 a fortement mobilisé la communauté scientifique mondiale. Le recours massif au séquençage génomique a notamment conduit au dépôt de plus de 16 millions de séquences dans les bases de données internationales, permettant un suivi en temps réel de l'évolution du virus ainsi que de ses dynamiques de transmission. Cette thèse s'inscrit dans ce contexte et porte sur l'étude de l'évolution intra-hôte du SARS-CoV-2, un processus par lequel le virus accumule des mutations et potentiellement des recombinaisons au sein d'un même individu. Les infections persistantes chez les patients immunodéprimés offrent un cadre d'étude particulièrement pertinent, du fait d'une réplication virale prolongée dans un environnement immunologiquement permissif, favorisant l'adaptation virale. Le travail présenté s'articule autour d'un cas d'évolution intra-hôte du SARS-CoV-2 chez un patient immunodéprimé atteint de lymphome, porteur chronique pendant 440 jours. Le premier article rapporte l'émergence de recombinaisons in vivo entre deux variants majeurs du SARSCoV-2 (B.1.160 et B.1.1.7), confirmée par des PCR ciblées aux points de cassure, la mise en culture des souches isolées, et leur séquençage complet. Cette étude constitue la première démonstration expérimentale d'une recombinaison entre deux variants préoccupants avec preuve de leur capacité de réplication. Dans la continuité du précédent, le deuxième article approfondit les mécanismes évolutifs intra-hôtes, en s'intéressant aux mutations de novo, aux variants minoritaires et aux signaux de sélection positive. L'étude révèle un taux d'évolution intra-hôte 1,54 fois supérieur au taux inter-hôte, une forte diversité génétique avec des mutations qui émergent, se fixent, ou disparaissent, ainsi qu'un enrichissement marqué en substitutions C>T, compatible avec une activité d'édition de l'ARN par les enzymes APOBEC. Plusieurs gènes viraux clés présentent des signes de sélection positive, notamment Spike, N, ORF9b et nsp13, traduisant leur rôle dans l'adaptation virale. Une délétion de 126 nucléotides dans le gène ORF8 a également été observée. Enfin, l'identification de mutations convergentes, telles que S:D796H ou S:L5F, renforce l'hypothèse de pressions de sélection similaires dans différents contextes évolutifs. L'ensemble de ces travaux illustre la complexité des trajectoires évolutives du SARS-CoV-2 en contexte d'immunosuppression, où peuvent coexister recombinaisons, mutations adaptatives et diversité sub-consensus. Cette thèse illustre et souligne l'importance des infections chroniques comme foyers de biodiversité virale.
Thesis resume
Since the emergence of SARS-CoV-2 in late 2019, the COVID-19 pandemic has mobilized the global scientific community. The massive use of genomic sequencing has led to the deposit of over 16 million sequences in international databases, enabling real-time monitoring of the virus' evolution and transmission dynamics. In this context, this thesis focuses on the intra-host evolution of SARS-CoV-2, a process by which the virus accumulates mutations and potentially recombination within the same individual. Persistent infections in immunocompromised patients offer a particularly relevant framework for study, due to prolonged viral replication in an immunologically permissive environment, favoring viral adaptation. The work presented here revolves around a case of intra-host evolution of SARS-CoV-2 in an immunocompromised patient with lymphoma, who carried the virus for 440 days. The first article reports the emergence of recombination between two major variants of SARS-CoV-2 (B.1.160 and B.1.1.7) within the host, confirmed by targeted PCR at breakpoints, culture of isolated strains, and their complete sequencing. This study constitutes the first experimental demonstration of recombination between two variants of concern, with proof of their replication capacity. Following on from the previous article, the second paper takes a closer look at intrahost evolutionary mechanisms, focusing on de novo mutations, minority variants and positive selection signals. The study reveals an intra-host evolution rate 1.54 times higher than the interhost rate, high genetic diversity with mutations that emerge, become fixed or disappear, and a marked enrichment in C>T substitutions, compatible with RNA editing activity by APOBEC enzymes. Several key viral genes show signs of positive selection, including Spike, N, ORF9b and nsp13, reflecting their role in viral adaptation. A 126-nucleotide deletion in the ORF8 gene was also observed. Finally, the identification of convergent mutations, such as S:D796H or 10 S:L5F, reinforces the hypothesis of similar selection pressures in different evolutionary contexts. Taken together, this work illustrates the complexity of SARS-CoV-2 evolutionary trajectories in a context of immunosuppression, where recombination, adaptive mutations and sub-consensus diversity can coexist. This thesis illustrates and underlines the importance of chronic infections as hotbeds of viral biodiversity.