De l’origine du SARS-CoV-2 aux risques de zoonoses et de manipulations dangereuses de virus

Partir des faits et des constats pour comprendre l’origine de ce virus [SARS-CoV-2, responsable de l’épidémie de Covid-19] est indispensable pour anticiper et se préparer à d’autres risques qui persistent, voire augmentent : qu’il s’agisse des risques liés à des zoonoses [maladie infectieuse qui est passée de l’animal à l’Homme] à risque épidémique […] ou ceux liés à des manipulations génétiques de virus, qualifiables de « dangereuses », ou encore à des accidents de laboratoire. Ces risques sont considérés de manière différente selon les régions du monde. L’objectif de ce rapport est de lister et d’analyser ces différents types de risques, et ce quelle que soit la conviction de chacun vis-à-vis de l’une ou l’autre des hypothèses concernant l’origine de la pandémie et de proposer des recommandations […].

Destiné aux institutions scientifiques, aux acteurs de santé publique et aux décideurs, ce rapport n’a pas pour but d’alimenter des controverses stériles ou accusatrices, encore moins d’être une source de blocage de recherches menées en France, notamment celles basées sur des manipulations génétiques, tant elles peuvent être essentielles dans de nombreux domaines de la biologie. Les recherches visant le développement de vaccins et de traitements antiviraux doivent être conduites dans des conditions éthiques et dans des limites imposées par des conditions scientifiques de biosécurité adaptées au niveau de risque, celui-ci devant être évalué par les chercheurs.

L’histoire de la pandémie de SARS-CoV-2

La pandémie
L’épicentre de l’épidémie s’est situé à Wuhan, capitale de la province de Hubei. L’alerte a été donnée par les autorités chinoises dans les premières semaines de janvier 2020. L’épidémie s’est rapidement répandue en Chine du fait de millions de voyageurs au moment du nouvel an chinois [1]. Il est vite apparu que le principal mode de transmission de ce virus respiratoire se faisait par microgouttelettes et aérosols émis par les personnes infectées. Les premiers cas observés en Europe, sans doute importés par des voyageurs en provenance de Chine, ont conduit progressivement à la mise en place des mesures prophylactiques coercitives comprenant le confinement des populations, associé à des mesures d’hygiène incluant le port du masque. L’extension de la pandémie a surpris le monde entier par la rapidité de sa propagation. Plusieurs vagues épidémiques se sont succédé y compris en été, sans saisonnalité nette. La circulation virale s’est atténuée dans les régions ayant eu accès aux vaccins et du fait de l’immunité collective post-infectieuse.

Le SARS-CoV-2 est le deuxième coronavirus donnant lieu à un syndrome respiratoire aigu. Le virus s’est montré rapidement très contagieux, avec un pourcentage élevé de patients asymptomatiques (de l’ordre de 60 %) mais contaminants et qui, de fait, ont joué un rôle majeur dans la dissémination de la pandémie. Des formes cliniques de Covid-19 avec pneumonies sévères ont rapidement débordé les services hospitaliers ; le taux de mortalité était élevé, estimé de 5 à 10 % des personnes hospitalisées selon les tranches d’âge, avec un taux plus élevé chez les personnes âgées et/ou présentant des comorbidités. La construction rapide « d’hôpitaux de campagne », pour accueillir les nombreux patients et les longues files d’attente devant des crématoriums, attestaient du nombre élevé de décès dans les différentes provinces chinoises.

Le SARS-CoV-2
La séquence du génome du SARS-CoV-2, disponible début janvier 2020, a permis de classer le virus parmi les sarbécovirus proches de ceux détectés chez des chauves-souris [2]. La capacité d’évolution rapide des souches virales conduisant à des vagues successives a surpris. Elle résulte de variations génétiques, avec l’émergence des virus alpha, puis bêta, gamma, delta, puis omicron, dont de nombreux variants circulent encore actuellement.

SARS-CoV-2 est un virus à ARN, dont l’enveloppe porte une protéine externe (sous forme d’épines disposées en couronne) dénommée « spike » [de l’anglais spike qui signifie « pointe »], dont le rôle est l’attachement du virus aux cellules humaines ou animales [3]. La compréhension des différences d’affinité pour les sites d’attachement aux cellules de diverses espèces est essentielle, car elles déterminent son pouvoir contagieux (induisant des risques variables de transmission) et son pouvoir infectieux (induisant des formes cliniques plus ou moins graves, voire mortelles). Comme pour beaucoup de virus à ARN, des modifications des séquences génomiques sont observées suite à des erreurs de réplication par l’ARN-polymérase [l’enzyme qui copie le matériel génétique du virus]. Les mutations au sein de gènes de structure peuvent n’avoir aucun impact, alors que d’autres peuvent induire des changements fonctionnels ou structuraux des protéines, notamment sur la spike, en modifiant en particulier son affinité pour des sites d’attachement ou pour des anticorps neutralisants. Ces modifications surviennent naturellement et jouent un rôle clé pour l’adaptation virale lors de la transmission et lors de passages inter-espèces. Le virus est soumis à des pressions immunitaires variables : les mutations peuvent aussi être produites in vitro et induire une augmentation de la transmission, voire celle du pouvoir pathogène.

Avec les progrès technologiques et l’extension de l’épidémie de SARS-CoV-2, les connaissances se sont accélérées et le nombre de publications sur le sujet a explosé […].

Première hypothèse : le SARS-CoV-2 est une zoonose

L’hypothèse d’une zoonose liée à la transmission d’un virus de chauve-souris à l’Homme via un animal intermédiaire était plus que légitime, en référence aux épidémies précédentes de SARS et de MERS-CoV qui avaient pour origine des virus de chauve-souris, avec la civette et le dromadaire comme hôtes intermédiaires respectifs. L’expression clinique de chacune de ces deux infections humaines a été très différente de celle du SARS-CoV-2, avec un faible taux d’expansion à l’Homme, mais un taux de mortalité élevé.

L’identification d’un coronavirus proche de ceux connus parmi les virus de chauve-souris a été très rapide. Il est clair que le SARS-Cov-2 est un virus du groupe de sarbécovirus, il n’est pas connu au sein des coronavirus déjà identifiés. Le génome du virus RATg13 (96,2 % d’identité de séquence avec les SARS-CoV-2) a été publié dès janvier 2020 et est le point de départ de nombreuses polémiques scientifiques sur l’origine du virus [RATg13 est un coronavirus de chauve-souris proche de SARS-Cov-2, collecté en 2013, et qui pourrait ainsi témoigner en faveur d’une zoonose en indiquant un possible réservoir animal]. À défaut d’une coopération internationale, les autorités chinoises ont rapidement bloqué l’accès à de nombreuses informations et ont « nettoyé » le marché humide de Wuhan considéré comme le lieu probable du début de l’épidémie [4]. Il y avait de nombreux animaux (pangolins, civettes, chiens viverrins, renards roux, blaireaux), des espèces sensibles aux coronavirus maintenues dans de mauvaises conditions d’hygiène [5]. Quelques prélèvements environnementaux ont pu être effectués en janvier 2020 sur différents sites de ce marché […] ; ils ont été analysés génétiquement en profondeur [6]. Le pangolin a d’abord été mis en cause, mais il est rapidement apparu que la séquence globale de son virus était finalement trop distante de celle du SARS-CoV-2 pour considérer cet animal comme hôte intermédiaire ; ce d’autant qu’aucune épidémie n’a été détectée ultérieurement dans cette espèce, ni d’ailleurs dans d’autres espèces sensibles au virus. Depuis lors, aucun foyer de contaminations animales n’a été rapporté en Chine. À l’inverse, des épizooties liées à ce nouveau virus hautement contagieux ont diffusé très rapidement, comme celles décrites dans les élevages de visons au Danemark, ce qui a conduit à l’abattage complet des animaux, tant le nombre de cas augmentait rapidement […].

Le fait que des portions de séquences virales [issues d’échantillons collectés sur des surfaces et sur des chariots du marché] sont aussi souvent associées à des séquences humaines complique la recherche de l’origine du virus […] : proviennent-elles d’une espèce animale infectée ou bien des hommes déjà infectés et chargés de l’entretien des animaux et des locaux ? À ce jour, aucun résultat obtenu n’a pu apporter suffisamment d’arguments prouvant qu’une espèce animale infectée était porteuse d’un virus progéniteur de la pandémie.

D’autres arguments virologiques s’opposent aussi à cette hypothèse : l’épidémie initiale s’est révélée très centralisée et liée à un virus de séquence très homogène, en contradiction avec un virus qui aurait circulé et qui aurait évolué au sein de réservoirs animaux avant d’atteindre des espèces au marché de Wuhan. Les premières séquences virales identiques à deux ou trois mutations près suggèrent une origine très récente de l’épidémie et un nombre très limité de franchissements de la barrière d’espèce (un ou deux). Cette observation contraste avec les épidémies précédentes de SARS et surtout de MERS-CoV qui se caractérisaient par de multiples franchissements de barrière d’espèce et par l’accumulation de mutations observées dès le début des épidémies humaines.

À ce jour, aucun réservoir n’a donc pu être identifié sur les marchés de Wuhan et aucun foyer infectieux animal n’a été identifié ailleurs. Des études sérologiques sur des groupes d’espèces sauvages qui seraient porteurs de virus n’ont pu être menées en totalité. Des recherches de virus chez des chauves-souris et [chez d’autres] mammifères en Chine par des équipes internationales sont encore bloquées par les autorités chinoises. D’autres études sur des milliers d’échantillons n’ont pas plus apporté de preuves à ce scénario. Le blocage de l’accès à de nombreux fichiers informatiques et à des prélèvements congelés de chauves-souris et l’absence réelle de données de surveillance épidémiologique confirment le manque de transparence des autorités chinoises et posent la question de leur crédibilité, malgré les accords internationaux concernant la déclaration d’épidémie […].

Malgré l’absence de démonstration de l’origine zoonotique, ce type de risque est toujours présent car les chauves-souris sont de véritables réservoirs naturels de nombreuses espèces de virus [7, 8]. Leur système immunitaire particulier induit une tolérance de ces infections, sans effet pathogène avéré pour ces animaux. De plus, différentes espèces porteuses de divers virus peuvent échanger, partager la même alimentation en cohabitant dans les mêmes grottes, ce qui peut conduire à des coinfections et à la production de virus recombinants. Les recombinaisons génétiques entre diverses souches sont très fréquentes dans ce groupe de virus […].

Les risques de zoonoses persistent, voire progressent, dans différentes régions du monde et peuvent atteindre rapidement la France, comme cela s’est passé avec le SARS-CoV-2. Les risques d’extension de réservoirs animaux évoluent actuellement de façon importante en raison des changements climatiques et des interventions humaines telles que la déforestation et l’urbanisation, induisant des modifications des comportements animaux, p. ex : aux ÉtatsUnis et au Canada, les cerfs ont été infectés par le SARS-CoV-2). Les risques actuels concernent des circulations intenses de virus tels que celui de la grippe aviaire H5N1, des arboviroses (la dengue, le West-Nile, le Zika, le Chikungunya), le MPox, le virus de Marbourg, voire le virus Oropouche […].

Deuxième hypothèse : l’origine du SARS-CoV-2 est liée à un accident de laboratoire

Très tôt, cette deuxième hypothèse a été évoquée par plusieurs équipes spécialistes des coronavirus. Rapidement, il est apparu que la séquence génomique du SARS-CoV-2 était organisée de façon proche de celle d’autres sarbécovirus de chauve-souris. Le virus porte sur l’enveloppe des spicules constituées de la protéine S (spike) […]. [Cette protéine, en se fixant à une molécule présente à la surface des cellules humaines (appelé récepteur ACE2), permet l’infection.] Dès février 2020, des chercheurs ont identifié une particularité au sein du génome de la souche initiale dite « Wuhan », avec la présence d’une petite séquence de quatre acides aminés insérée dans la séquence de la spike [9]. Cette insertion introduit un site de clivage de la spike par une enzyme cellulaire appelée furine […] facilitant l’infection de la cellule hôte. Ce type de séquence, connue pour être un facteur de virulence chez d’autres coronavirus, n’avait jamais été observée auparavant au sein des protéines spike des différentes souches de sarbécovirus. D’emblée, l’hypothèse du rôle éventuel de cette séquence […] dans la transmission interhumaine a été avancée, en raison de l’augmentation de l’affinité de la spike pour le récepteur ACE2 humain (très présent sur les cellules du nez, du poumon) et de son effet facilitant la transmission virale par aérosols. Une telle séquence aurait pu être intégrée lors d’expériences de mutagénèse couramment réalisées en virologie.

Cette deuxième hypothèse est soutenue par un faisceau de faits et d’arguments, sans qu’elle soit étayée par des preuves. L’ensemble des arguments circonstanciels a été rapporté récemment par une commission bipartisane de la Chambre des représentants des États-Unis [10], selon laquelle l’Institut de virologie de Wuhan (WIV) menait des études de gain de fonction (gain of function, GOF) en collaboration avec des équipes américaines sur des coronavirus afin de comprendre les mécanismes de franchissement de barrière d’espèces. Selon ce rapport, l’Institut de virologie de Wuhan programmait aussi des études de GOF sur des bétacoronavirus de chauve-souris […]. Leur projet consistait en l’insertion de la séquence du site de clivage par la furine dans celle de la protéine spike de coronavirus afin d’en étudier les conséquences sur l’infection de souris humanisées [souris de laboratoire génétiquement modifiées ou greffées pour posséder certaines caractéristiques biologiques humaines]. Les conditions de sécurité biologique à Wuhan pour ce type de travail (BSL2, voire BSL3) sembleraient avoir été manifestement limitées et insuffisantes [10] [Les laboratoires sont classés selon leur niveau de biosécurité – Biosafety Level, ou BSL – sur une échelle allant de 1 à 4]. L’hypothèse d’une infection initiale consécutive à un événement indésirable (accident ou incident) lié à la recherche doit donc être en toute rigueur examinée. Trois possibilités existent à cet égard : une contamination du personnel lors de la collecte d’échantillons [11], une contamination en laboratoire lors de l’étude d’un virus naturel ou une contamination par un virus recombinant ou génétiquement modifié [12] […].

Les problèmes de biosécurité et des bioprotections

Plusieurs éléments suggèrent l’existence de problèmes de biosécurité et de bioprotection dans les laboratoires de Wuhan qui auraient pu produire des incidents du fait de manipulations inappropriées : en témoigne un discours du président Xi Jinping effectué en janvier 2019 auprès d’étudiants et rapporté par le New York Times : « Xi soulignait la nécessité de se préparer à deux types de risques : les cygnes noirs et les rhinocéros gris. Il faisait référence à deux concepts popularisés dans les livres à succès : un cygne noir est un événement rare et imprévisible, tandis qu’un rhinocéros gris est un risque évident qui est ignoré jusqu’à ce qu’il constitue une menace immédiate. Xi a ensuite décrit les problèmes de sécurité potentiels dans les laboratoires d’État chinois, ne laissant aucun doute sur le fait qu’il était préoccupé par cette question. » En effet, à la mi-2019, il a pu être constaté que des mesures nouvelles de biosécurité avaient été mises en œuvre par les responsables de l’Institut de virologie de Wuhan, incluant l’amélioration de la formation doublée d’une législation plus contraignante en matière de biosécurité. L’analyse de rares données disponibles permet aussi de faire le constat de faits reconnus et d’émettre l’hypothèse que plusieurs accidents ou incidents se sont produits en juillet 2019. Des résultats d’enquête font état de plusieurs problèmes : personnel de laboratoire malade (non déclaré au risque de perdre son emploi), sous-équipement en matériel de protection du personnel, gestion défectueuse des flux de produits contaminés et de l’élimination des déchets, problèmes de décontamination des hottes à flux laminaire, des paillasses et des sols [10]. Les bonnes pratiques en animaleries semblent aussi avoir posé plusieurs problèmes de biosécurité : des animaux infectés ont été manipulés dans des laboratoires de type BSL-2, ce qui est insuffisant pour contrôler la propagation d’aérosols contaminants pour le personnel. L’augmentation des risques d’accidents et incidents en laboratoire est une préoccupation actuelle. Elle est liée au nombre croissant de laboratoires BSL-3 et BSL-4 dans le monde depuis la pandémie de Covid-19, y compris dans des pays qui n’ont pas encore développé des procédures de contrôle à des niveaux acceptables [13]. En plus des risques identifiés à Wuhan, s’ajoutent ceux liés à la formation insuffisante aux techniques de laboratoire, qu’elles soient spécifiques des techniques moléculaires ou/et de la manipulation de pathogènes à risque infectieux, ainsi qu’à l’absence de standard de biosécurité mondiaux et d’agences internationales de contrôle (comme c’est le cas dans le domaine du nucléaire) […].

Conclusions

Cinq ans après le début de la pandémie de Covid-19, qu’il y ait eu ou non des manipulations dangereuses de virus, le constat montre que ni l’animal intermédiaire ni le virus progéniteur n’ont été identifiés dans la nature. De nombreux éditoriaux et articles très récents relancent les discussions sur l’origine du SARS-CoV-2, soulignant les enjeux politiques liés à la crise Covid : ni les Chinois ni les Américains ne voudraient avoir à endosser leur part de responsabilités, et probablement encore moins dans le contexte actuel. Un communiqué récent de la CIA penche désormais pour une origine accidentelle et indique relancer une enquête et essayer d’obtenir plus d’informations de la part de la Chine, laquelle poursuit ses recherches (y compris certaines à risque), de même que les États-Unis […].

Tout laisse à penser qu’en l’absence de données, on risque de ne jamais connaître l’origine de la pandémie, ou qu’il faille du temps avant de résoudre l’énigme de ce puzzle incomplet. En définitive, quelle que soit l’origine du virus, des recommandations découlent de ces événements et sont indispensables pour limiter les risques zoonotiques, ainsi que ceux liés à la recherche sur les virus à potentiel pandémique.

Le développement de nouvelles technologies utilisant de nouveaux programmes et modèles basés sur l’intelligence artificielle pourra difficilement être totalement contrôlé. Ces outils moléculaires de plus en plus accessibles et sophistiqués augmentent les risques éthiques et scientifiques de certaines recherches, notamment lorsqu’il s’agit des maladies infectieuses, de la surveillance et du contrôle des épidémies : ils ne peuvent plus être sous-estimés […].