En bref
Des chercheurs ont réussi à mieux lire les informations contenues dans trois parasites responsables du paludisme, à partir du sang de personnes infectées. Ils ont ainsi repéré des parties jusque-là difficiles à étudier, qui pourraient aider à comprendre comment ces parasites échappent aux défenses du corps. Ces nouvelles cartes pourraient aussi améliorer le diagnostic et le suivi des traitements.
Pourquoi certaines espèces sont-elles restées dans l’ombre ?
Les recherches sur le paludisme portent souvent sur Plasmodium falciparum, le parasite responsable de la plupart des décès dus à la maladie. Mais les autres espèces ne sont pas secondaires pour autant. Plasmodium ovale et Plasmodium malariae contribuent elles aussi à la maladie et peuvent provoquer des infections durables. Elles peuvent également continuer à circuler dans des régions où les infections à P. falciparum reculent. Mieux les connaître est donc essentiel pour évaluer les progrès de la lutte contre le paludisme.
L’étude des parasites repose généralement sur des informations génétiques précises. Or, il est difficile d’obtenir ces données pour les espèces que l’on ne sait pas cultiver aisément. Quand les génomes disponibles sont fragmentés, il devient compliqué de savoir dans quel ordre se trouvent les différentes portions du matériel génétique, ou de repérer certains gènes et leurs familles. Un génome de référence utile ne se résume donc pas à une longue séquence : il doit être suffisamment bien organisé pour montrer où se situent les gènes et comment ils s’articulent au sein des chromosomes.
L’équipe a cherché à établir des références plus complètes pour deux espèces peu étudiées, tout en produisant également des références de grande qualité pour P. falciparum. En réunissant des données sur ces trois espèces, les chercheurs ont pu comparer des génomes de parasites prélevés dans une même région, et observer leurs ressemblances et leurs différences plutôt que d’étudier chaque espèce isolément.
Du sang des patients à la carte des chromosomes
Des chercheurs du Wellcome Sanger Institute et du Centre de recherche et de formation sur les parasites et les microbes (Malaria Research and Training Center) au Mali ont recueilli des échantillons de sang auprès de personnes naturellement infectées par le paludisme à Faladé, au Mali. Au lieu de partir de parasites cultivés en laboratoire, l’équipe a extrait leur matériel génétique directement des échantillons cliniques. Au total, les génomes de parasites provenant de huit participants ont été assemblés.
Avant de lire les séquences, il fallait séparer le matériel génétique des parasites des autres éléments présents dans le sang. Les chercheurs ont donc éliminé les globules blancs humains ainsi que les globules rouges non infectés, afin d’augmenter la proportion d’ADN provenant des parasites dans les échantillons. Cet enrichissement rend les signaux génétiques des parasites plus faciles à distinguer, notamment lorsque la quantité de matériel génétique disponible est faible.
L’équipe a ensuite utilisé le séquençage à longues lectures PacBio Ultra-Low-Input HiFi, une technique adaptée aux échantillons qui ne fournissent qu’une petite quantité de matériel génétique. Les longues lectures facilitent la reconstitution de l’ordre des différentes portions de la séquence : l’appareil peut lire des segments plus étendus, au lieu de produire de courts fragments difficiles à raccorder dans les régions complexes.
Pour compléter la reconstitution de l’organisation des chromosomes, les chercheurs ont aussi eu recours à la technique Hi-C. Celle-ci repère les régions d’ADN qui se trouvent proches les unes des autres dans la cellule. Ces informations donnent des indices sur les portions qui appartiennent à un même chromosome et sur leur position relative. En combinant les longues lectures et ces données de proximité, l’équipe a pu passer de fragments génomiques assemblés à des cartes chromosomiques plus complètes.
Ce que révèlent les extrémités des chromosomes
Parmi les résultats les plus marquants figure la reconstitution de régions proches des extrémités des chromosomes, appelées régions subtélomériques. Les anciennes références génétiques fragmentées ne permettaient pas de bien les étudier. Ces régions sont notamment difficiles à lire et à assembler parce que leur ADN comporte de nombreuses répétitions et des familles de gènes très développées.
Ces extrémités ne sont pas intéressantes uniquement en raison de leur emplacement. Elles contiennent des familles de gènes impliquées dans les interactions entre le parasite et l’être humain. Leur étude pourrait éclairer la persistance des infections, la transmission des parasites et leur capacité à échapper à la réponse immunitaire. Avec des cartes plus précises, les chercheurs peuvent examiner des gènes absents ou incomplets dans les références antérieures et les comparer d’une espèce ou d’un échantillon à l’autre.
Dans le génome de Plasmodium ovale wallikeri, les chercheurs ont repéré plus de 2 000 gènes appartenant à la famille PIR. Ces gènes représentent environ un quart du génome de ce parasite, ce qui montre l’ampleur de cette famille dans son matériel génétique. Ce résultat fournit une base pour étudier le rôle de ces gènes et les liens éventuels entre leur abondance et les caractéristiques du parasite. Il ne signifie toutefois pas que la fonction de chacun d’eux est déjà connue.
La comparaison de parasites prélevés dans une même région géographique a également révélé d’importantes variations génétiques près des extrémités des chromosomes. Ce phénomène laisse penser que le réarrangement du matériel génétique pourrait contribuer à diversifier les molécules que le parasite présente au système immunitaire humain. Cette diversité pourrait influer sur la manière dont le système immunitaire reconnaît les parasites, mais des travaux supplémentaires seront nécessaires pour préciser les mécanismes en jeu.
Quand les variations génétiques éclairent les stratégies d’évasion
Les régions génétiques proches des extrémités des chromosomes peuvent être considérées comme des parties particulièrement changeantes du génome. La comparaison des échantillons montre que ces régions ne sont pas immuables : leur organisation peut varier et leur matériel génétique se modifier. Le premier auteur de l’étude, Sunil Dogra, a souligné que ces cartes plus complètes mettaient en évidence l’ampleur de certaines familles de gènes aux extrémités des chromosomes. Les changements génétiques dans ces zones pourraient aider les parasites à s’adapter et à déjouer les défenses de l’organisme humain.
Cette interprétation compte, car les interactions entre un parasite et son hôte ne se déroulent pas indépendamment du reste de l’organisme. Si les gènes qui participent à ces interactions changent, les caractéristiques par lesquelles le parasite affronte les défenses immunitaires ou prolonge l’infection peuvent elles aussi évoluer. Mais les cartes génétiques ne prouvent pas, à elles seules, qu’une variation donnée permet directement au parasite d’échapper à l’immunité. Elles apportent des données plus précises et permettent de formuler des hypothèses vérifiables, en localisant les changements et en les comparant entre les échantillons.
Disposer de références pour les trois espèces permet aussi de mener des comparaisons génétiques et évolutives plus solides. Plutôt que de laisser des régions complexes absentes de la carte, les chercheurs peuvent les étudier dans leur contexte chromosomique et repérer les différences entre les familles de gènes de P. ovale, de P. malariae et de P. falciparum. Ces données pourraient soutenir les recherches sur la persistance, la transmission et la diversité des parasites, autant de phénomènes difficiles à évaluer lorsque les informations génétiques sont incomplètes.
Des références génétiques utiles au diagnostic et à la surveillance
L’intérêt de ces cartes dépasse la recherche fondamentale en biologie. Des génomes de référence de grande qualité peuvent contribuer à améliorer les outils de diagnostic moléculaire, c’est-à-dire les tests qui recherchent le matériel génétique du parasite dans un échantillon. Plus la séquence de référence est complète, mieux les chercheurs peuvent évaluer les régions à cibler pour reconnaître différentes espèces et éviter de s’appuyer sur des données qui ne représentent qu’un seul des parasites responsables du paludisme.
Ce besoin est particulièrement important, car les espèces autres que P. falciparum peuvent être difficiles à diagnostiquer. Elles peuvent également rester présentes dans des régions où la transmission de P. falciparum diminue. Si les systèmes de surveillance ne les prennent pas clairement en compte, ils risquent de ne pas refléter l’ensemble des parasites qui circulent. Les nouvelles données pourraient donc élargir la surveillance génétique et améliorer le suivi des variations des parasites d’une population ou d’un échantillon à l’autre.
Ces références pourraient aussi aider à rechercher de nouvelles cibles thérapeutiques et à étudier la réponse des populations de parasites aux traitements et aux mesures de lutte. La comparaison des séquences au fil du temps ou entre différents échantillons peut révéler des changements à suivre, notamment ceux qui pourraient être associés à une résistance aux médicaments. L’étude ne fait cependant état d’aucune nouvelle résistance et ne propose pas de traitement prêt à l’emploi. Elle met à disposition une ressource génétique qui pourra servir à mieux étudier ces questions.
Mara Lawniczak, chercheuse responsable de l’étude au Wellcome Sanger Institute, estime que la création de génomes de référence pour ces parasites négligés comble une lacune importante dans la recherche sur le paludisme. Cela concerne aussi directement la planification des efforts de lutte : savoir quelles espèces circulent dans une population et pouvoir les comparer sur le plan génétique permet d’obtenir une image plus complète que si l’on se concentre uniquement sur P. falciparum.
La prochaine étape de la recherche sur le paludisme
Cette étude met à disposition une nouvelle ressource, mais elle ne répond pas à toutes les questions sur ces parasites. Les cartes donnent accès à des parties du génome jusque-là difficiles à étudier, mais il reste à comprendre le rôle des familles de gènes très développées et leurs effets sur l’infection et l’immunité. De plus, la comparaison de huit participants d’une seule région constitue un point de départ important pour l’étude génétique, et non un substitut à des échantillonnages plus larges dans d’autres lieux.
L’un des atouts de cette approche est qu’elle montre qu’il est possible de produire des cartes chromosomiques à partir d’échantillons d’infections naturelles, sans devoir cultiver les parasites de façon continue en laboratoire. Elle ne rend pas inutiles les autres outils et méthodes, mais ouvre une voie concrète pour étudier des espèces difficiles à multiplier. Grâce à des références améliorées, les chercheurs pourront tester de nouvelles hypothèses sur les différences entre parasites et surveiller les changements susceptibles d’avoir des conséquences sur le diagnostic ou la lutte contre la maladie.
Inclure les espèces les moins étudiées dans la surveillance génétique a également une portée plus générale : lutter contre le paludisme exige de tenir compte de la diversité de ses agents, et pas seulement de l’espèce la plus connue. Si P. ovale et P. malariae restent absents des références génétiques ou des systèmes de suivi, certains aspects de la persistance et de la propagation de la maladie risquent de demeurer mal compris. Cette étude fournit une base pour réduire cette lacune, grâce à des références génétiques plus complètes sur lesquelles d’autres travaux pourront s’appuyer.
Conclusion
Une équipe du Wellcome Sanger Institute et du Centre de recherche et de formation sur les parasites et les microbes au Mali a assemblé des génomes de grande qualité pour trois espèces de Plasmodium à partir d’échantillons de sang de huit personnes infectées à Faladé. En associant le séquençage à longues lectures à la technique Hi-C, les chercheurs ont organisé le matériel génétique à l’échelle des chromosomes et exploré des régions difficiles à lire près de leurs extrémités. Parmi les résultats, ils ont identifié plus de 2 000 gènes de la famille PIR, soit environ un quart du génome de Plasmodium ovale wallikeri, et observé d’importantes variations génétiques aux extrémités des chromosomes. Ces travaux ne constituent pas une solution immédiate contre le paludisme, mais ils offrent des outils pour mieux étudier les espèces négligées, améliorer le diagnostic et la surveillance, rechercher des cibles thérapeutiques et suivre la réponse des parasites aux mesures de lutte.