Reste ou part? L’histoire de deux stratégies virales révélées par les mathématiques

Aussi petits et relativement simples qu’ils puissent être, même les virus ont des stratégies. Désormais, des chercheurs japonais rapportent qu’ils peuvent évaluer deux de ces stratégies en combinant la biologie et les mathématiques, offrant ainsi un nouvel outil permettant de mieux comprendre les virus qui pourraient être utilisés pour développer de meilleurs traitements.

Incapables de se reproduire seuls, les virus se répliquent en infectant les cellules d’un organisme vivant et en obligeant les cellules à en faire des copies. Deux options principales existent pour les copies de la structure génétique d’un virus faites dans la cellule: rester dans la cellule comme modèle pour faire encore plus de copies ou être emballé comme un nouveau virus et partir pour tenter d’infecter d’autres cellules.

Chaque option comporte des compromis, de sorte que la stratégie d’un virus individuel concernant le poids à placer sur chacun d’eux devrait influencer directement la progression d’une infection et tout problème de santé qu’elle pourrait causer.

«Alors que de telles stratégies devraient être en jeu, il a été difficile de montrer l’existence de la stratégie elle-même», déclare Shingo Iwami, professeur agrégé de la Faculté des sciences de l’Université de Kyushu et chercheur associé de l’Institut pour les études avancées de biologie humaine. (WPI-ASHBi) à l’Université de Kyoto.

Cependant, comme indiqué dans le journal PLOS Biologie, la recherche collaborative menée par Shoya Iwanami et Iwami à l’Université de Kyushu et Koichi Watashi à l’Institut national des maladies infectieuses pour modéliser mathématiquement le comportement de deux souches du virus de l’hépatite C offre désormais un moyen d’évaluer deux de ces stratégies.

Alors que l’une des souches de virus étudiées provoque des symptômes sévères et soudains, l’autre est une version génétiquement modifiée développée en laboratoire pour augmenter la production de virus, ce qui est important pour la création de stocks de virus pour le développement de traitements et de vaccins.

En tant que base expérimentale pour la modélisation, le groupe de Watashi a mesuré les caractéristiques du comportement de chaque virus – telles que le nombre de cellules infectées et la quantité de code génétique viral à l’intérieur et à l’extérieur des cellules – sur plusieurs jours pour les cellules cultivées et infectées en laboratoire.

Iwami et son groupe ont ensuite développé un modèle mathématique avec des paramètres pour prendre en compte des processus clés comme les taux de réplication et de libération de l’information génétique virale pour expliquer les données expérimentales.

En trouvant la gamme de paramètres du modèle qui reproduisent raisonnablement les résultats observés expérimentalement, ils pourraient quantifier les différences de comportement entre les deux souches. En particulier, ils ont estimé que la fraction du code génétique répliqué emballé par la souche développée en laboratoire pour fabriquer de nouveaux virus était trois fois supérieure à celle de l’autre souche, indiquant la préférence d’une stratégie de congé pour la première et d’une stratégie de séjour pour la seconde.

«La stratégie de séjour produit initialement des copies du code génétique plus rapidement, tandis que la stratégie de congé met l’accent sur les cellules nouvellement infectées», explique Iwami. « Bien que d’autres modèles mathématiques existent, le nôtre est le premier à évaluer ces stratégies évolutionnaires opposées. »

Le modèle actuel présente certaines limites, comme supposer que certains processus sont constants et exclure certains des processus biologiques détaillés, mais pour le moment, il offre un moyen relativement simple d’obtenir un aperçu général de deux stratégies virales.

« De telles stratégies peuvent être courantes dans d’autres infections virales chroniques, et leur compréhension pourrait nous aider à développer des méthodes thérapeutiques efficaces pour contrer les stratégies virales individuelles », commente Iwami.

Fourni par l’Université de Kyushu