Résultats et discussion
Stabilité du génome du VARV et analyse phylogénétique.
La disponibilité des séquences du génome d’une collection d’isolats du VARV avec une large distribution géographique (Fig. 1) a été utilisée pour l’étude évolutive du VARV (4). VARV, membre du genre Orthopoxvirus, contient un génome linéaire unique d’ADN double brin de 186 kb qui code pour la plupart des enzymes nécessaires à sa propagation (5). Les isolats de VARV étudiés présentent un faible taux de mutation, car les isolats épidémiologiquement liés ont montré peu ou pas de changements de séquence dans des échantillons prélevés à un an d’intervalle. Ce faible taux de mutation est clairement visible dans nos échantillons génétiquement identiques prélevés au Bangladesh entre 1974 et 1975. Ces échantillons représentent certainement de longues chaînes de transmission complexes provenant de l’une des régions les plus densément peuplées du monde, mais présentent des séquences nucléotidiques identiques ou presque identiques. L’orthopoxvirus apparenté au virus de la variole du singe ne présente de la même façon qu’un seul ou aucun changement de nucléotide parmi les isolats provenant de trois hôtes différents dans une récente épidémie aux États-Unis (6). Au sein des espèces d’orthopoxvirus et entre elles, les génomes présentent des identités nucléotidiques de >99,6 % entre les isolats du VARV et de 98 % entre le VARV et les taxons congénères tels que le taterapox virus (TATV) (4) (Afrique de l’Ouest) et le camelpox virus (CMLV) (7) (Asie centrale) (tableau 1), deux espèces présentant la plus grande similarité de séquence avec le VARV (4). La grande taille et le faible taux de substitution nucléotidique permettent à l’ADN génomique du VARV de conserver des mutations informatives sur le plan phylogénique tout en réduisant l’incidence des mutations homoplastiques (c’est-à-dire moins d’inversions d’états de caractères). La diversité des 47 génomes VARV récemment séquencés était largement associée à l’origine géographique des isolats (réf. 4 et cette étude), et les mutations avaient une association minimale avec la variation temporelle entre les isolats. Ces observations démontrent qu’il n’y avait pas une seule souche pandémique ( SI Text , Note 1) mais plutôt que les clades génétiques de ces analyses sont représentatifs de souches endémiques locales anciennes et peut-être anciennes.
Hypothèses de l’origine du VARV. Événement 0, La grande similarité du VARV avec les séquences génomiques du CMLV et du TATV suggère que le TATV et le CMLV partagent un ancêtre commun plus récent avec le VARV que les autres espèces d’Orthopoxvirus connues. Événement 1, hypothèse A : Un VARV ancestral a divergé en deux clades primaires (P-I et P-II) et a évolué indépendamment dans l’Ancien et le Nouveau Monde en suivant ses hôtes humains. Événement 1, hypothèse B : La divergence de P-I/P-II en Afrique. Événement 2, hypothèses A et B : La longue branche unique et la radiation ultérieure de P-I suggèrent que le VARV ancestral de P-I est probablement originaire d’Asie du Nord-Est et que les endémies de variole de P-I ont commencé à se répandre en Asie de l’Est, au Moyen-Orient et en Inde lorsque les populations locales sont devenues suffisamment importantes. Événement 2a, la diversification et la migration de P-I dans toute l’Asie. Événement 2b, L’exploration occidentale a apporté le VARV majeur en Afrique du Sud à partir du sous-continent indien, qui s’est ensuite propagé vers le nord en Afrique centrale et dans la Corne de l’Afrique (péninsule somalienne). Événements 3 et 4, hypothèse A : diversification de P-II dans le Nouveau Monde suivie de sa réintroduction en Afrique ; hypothèse B : La diversification de P-II en Afrique, suivie de l’introduction ultérieure d’une sous-clade dans le Nouveau Monde.
Si la radiation P-I représente l’histoire endémique de la variole dans l’Ancien Monde, elle explique l’énigme historique concernant l’absence de description de la variole dans la littérature des anciennes civilisations grecque et romaine (1). Il est probable que les épidémies de variole dans cette région se sont produites à une époque postérieure à celles de la Chine et de l’Inde antiques. La « peste d’Athènes » de 430 avant J.-C. décrite par Thucydide, autrefois considérée comme la variole (3), contredirait cette théorie, mais il a été récemment déterminé qu’il s’agissait de la fièvre typhoïde (25). Pendant le règne de Ramsès V, l’Égypte était en guerre civile et était attaquée par des ennemis venus du nord (3) ; si l’éruption pustuleuse de Ramsès V était due à la variole, elle pourrait représenter une épidémie de variole provenant de cas importés en raison de la guerre plutôt qu’une maladie endémique régionale. Cette hypothèse est soutenue par le fait que seules trois momies de cette période présentaient des lésions similaires (2).
Diversification d’Alastrim minor.
Les analyses basées sur l’histoire de la variole et la topologie du VARV montrent que la divergence d’Alastrim minor et de la variole ouest-africaine a commencé il y a au moins 800 ans (tableau 2 et tableau SI 4), précédant l’hypothèse précédente selon laquelle cette divergence coïncide avec le début du commerce des esclaves. Selon l’hypothèse d’une origine plus ancienne, cette divergence aurait pu se produire après un événement de spéciation soit dans le Nouveau Monde (sur la base de l’étalonnage à partir des plus anciens registres historiques de variole ; Fig. 3 A), soit en Afrique de l’Ouest (sur la base de l’étalonnage à partir des registres historiques de variole d’Afrique du Sud ; Fig. 3 B). Ces scénarios suggèrent qu’il existait des isolats non identifiés de variola minor/alastrim en Afrique ou dans le Nouveau Monde bien avant la découverte d’alastrim minor (P-II) ; ce taxon a donc une histoire plus longue que celle qui a été décrite.
Bien que l’importation bien documentée du VARV major dans les Amériques ait eu un effet dévastateur sur de nombreuses populations indigènes (2), les enregistrements de la propagation rapide de la maladie avec une grande mortalité pourraient, en partie, être attribuables à l’effet combiné de la forte densité de population, du manque de soins de base pour les victimes, et des coinfections potentielles avec d’autres maladies de l’Ancien Monde (26, 27). Historiquement, il existe peu d’enregistrements de variole en Afrique de l’Ouest, et Henige (28) a soutenu que la première épidémie majeure de variole dans le Nouveau Monde ne provenait pas d’Afrique de l’Ouest, ce qui réfuterait l’hypothèse d’une histoire précoce de variole en Afrique de l’Ouest. Il est possible qu’après une introduction ancienne, l’alastrim ait évolué indépendamment dans des régions isolées au sein de la vaste zone géographique du Nouveau Monde. En fait, l’étude de Phelan a montré que les populations indigènes des hauts plateaux de l’Equateur n’ont pas diminué pendant la domination initiale espagnole (à laquelle on attribue l’introduction du VARV majeur dans le Nouveau Monde) (29), ce qui suggère que ces populations auraient pu être plus résistantes à la variole, peut-être par un contact antérieur avec l’alastrim. A Trinidad, une légère épidémie de variole en 1902 a été documentée comme provenant de cette région (30). Si cette diversification s’est produite dans le Nouveau Monde, alors le principal événement d’isolement aurait probablement résulté du déplacement d’un VARV ancestral avec les premiers humains dans cette région (Fig. 4A). L’absence de signatures SNP suggérant un mélange entre P-I et P-II (SI Figs. 6 et 7), les caractéristiques cliniques cohérentes et significativement différentes de l’alastrim du VARV majeur traditionnel de P-I (31), pourraient s’expliquer par une séparation géographique aussi importante.
Si la scission de P-I/P-II s’est produite dans l’Ancien Monde, P-II est probablement originaire d’Afrique de l’Ouest. Les deux sous-clades P-II auraient alors divergé ≈800-1 100 YBP (tableau 2 et tableau SI 4) sur le continent africain. Les distributions géographiques de ces événements sont difficiles à déterminer en raison de l’absence d’histoire écrite dans ces régions. Cependant, la présence et la diversification d’autres Orthopoxvirus étroitement liés tels que le monkeypox et le TATV pourraient soutenir une origine africaine pour les VARVs ancestraux. Si l’isolement et la diversification de P-II se sont produits en Afrique, alors, sur la base de notre phylogénie, il existe un représentant africain non décrit du sous-clade P-II, qui a été introduit dans le Nouveau Monde peut-être des centaines d’années après l’événement de diversification, peut-être à l’époque du commerce des esclaves entre les pays de l’Ancien et du Nouveau Monde (Fig. 3 B).
Une compréhension inadéquate de l’histoire de ces cultures et les symptômes cliniques relativement plus légers (par rapport à la variole majeure) contribuent à l’absence d’un registre historique plus étendu de maladie(s) de variole dans le Nouveau Monde ou en Afrique subsaharienne. Les densités historiques de population humaine dans ces deux régions étaient inférieures à celles des régions où variola major est endémique. Dans les cas de maladie plus bénigne, les individus auraient été plus mobiles lorsqu’ils étaient infectieux et auraient eu un plus grand nombre de contacts, perpétuant ainsi la propagation de la maladie. A l’appui de cette hypothèse, les épidémies bénignes de variole en Somalie ont persisté pendant de longues périodes parmi de petites bandes nomades et ont montré un schéma de transmission significativement différent de celui du VARV major (2). Bien que l’on ne sache pas si la pratique de la variolation/inoculation était utilisée par les peuples autochtones d’Afrique ou d’Amérique, la longévité du VARV au sein des croûtes convalescentes (jusqu’à une décennie) (32-34) fournirait un autre mécanisme pour l’introduction répétée d’une souche de variole au sein d’une communauté géographique, soit par contact involontaire avec des matériaux de croûtes, soit directement par des pratiques de variolisation.
Origin of VARV.
Des indices possibles concernant l’adaptation du VARV à l’homme peuvent être trouvés dans la relation étroite entre le VARV et le TATV/CMLV (4). Le TATV est associé à un rongeur terrestre originaire d’Afrique de l’Ouest (35). Nos analyses de coalescence indiquent que la divergence entre le VARV et le TATV s’est produite entre 16 000 YBP (Tableau 2 et SI Dataset 4, basé sur les enregistrements historiques de la variole en Afrique du Sud) et 68 000 YBP (Tableau 2 et SI Dataset 3, basé sur les enregistrements historiques les plus anciens de la variole en Asie de l’Est). Ainsi, comme les orthopoxvirus zoonotiques apparentés ayant des réservoirs de rongeurs (6, 36, 37), le VARV peut avoir évolué à partir d’un pathogène enzootique des rongeurs africains et s’être ensuite propagé hors d’Afrique.
Les séquences génomiques des isolats de VARV sélectionnés pour cette étude ont été prélevées dans le dépôt du Centre collaborateur de l’Organisation mondiale de la santé et, bien qu’elles présentent un faible niveau de divergence de séquence, sont représentatives de la plus grande diversité géographique et temporelle au sein de la collection. La phylogénie dérivée du cSNP de ces isolats produit une topologie cohérente avec les schémas migratoires humains historiques, l’expansion des populations et les épidémies de variole documentées. La topologie décrite soutient l’hypothèse (Fig. 3) selon laquelle deux clades de variole ont divergé à partir d’un virus ancestral et ont ensuite évolué dans des populations humaines géographiquement distinctes. Bien que la raison de la pathogénie humaine différente d’alastrim et de VARV major ne soit pas claire, la structure génétique d’alastrim minor et sa topologie avec les autres isolats de VARV ajoutent des pièces essentielles au puzzle de l’évolution de la variole. Cette proposition de phylogénie du VARV prolonge la durée de l’évolution de la variole par rapport à celle des théories précédentes.