Soutenance de thèse de Djamal BRAHIM BELHAOUARI

La découverte des virus géants d’amibes a changé notre perception des virus, non seulement par la taille de leurs particules et de leurs génomes, mais aussi en raison du contenu génétique qu'ils hébergent. Les génomes des virus géants codent des protéines qui n'ont jamais été identifiées auparavant chez les virus, comme les protéines impliquées dans la machinerie de traduction et les protéines associées au métabolisme énergétique, soulevant un débat sur la définition de ces virus. La famille Pandoraviridae regroupe des virus géants de morphologie ovoïde possédant des génomes dont plus de trois quarts des gènes ne possèdent pas d’homologues dans les bases de données internationales. A ce jour plusieurs questions demeurent sans réponse sur la biologie de ces virus complexes. L’objectif de ce travail est de dévoiler les zones d'ombre autour de ces questions en utilisant différentes approches. Dans la première partie de cette thèse, une revue de la littérature sur toutes les protéines et voies métaboliques découvertes jusqu’ici chez les virus géants. Dans une deuxième partie, nous avons étudié la possibilité de production d’énergie chez Pandoravirus massiliensis. Nous avons démontré expérimentalement que les virions de P.massilensis arboraient une différence de potentiel membranaire, une caractéristique essentielle de toute cellule vivante. Nous avons identifié dans le génome de P.massiliensis 8 protéines prédites possédant une homologie lointaine avec les enzymes de cycle universel de l'acide tricarboxylique. Des transcrits de ces 8 gènes ont été mis en évidence durant le cycle de réplication et un de ces gène avait la fonction enzymatique prédite. Ce travail a montré pour la première fois que le virus peut avoir une différence de potentiel qui pourrait être lié avec des enzymes du cycle tricarboxylique, un élément caractéristique du domaine vivant et primordial pour le système de métabolisme énergétique. P. massiliensis ne possédant pas de gène codant pour la capside, nous avons, dans une troisième partie, caractérisé la nature du tégument de ses virions. Par l’analyse ultrastructurale de P.massiliensis, nous avons montré que le tégument de Pandoravirus est composé d'une couche polysaccharidique périphérique, une couche intermédiaire et une couche interne constituée de plusieurs tubules disposés en hélice ressemblant à celle de la cellulose. En utilisant différentes approches, un marquage fluorescent spécifique et un traitement enzymatique, nous avons mis en évidence la nature cellulosique de ce tégument, cellulose qui pourrait être le produit de la cellulose synthase de l'amibe hôte. Dans la quatrième partie, nous avons analysé de manière exhaustive le cycle de réplication de P. massiliensis dans trois souches d’amibes, Acanthamoeba castellanii Neff, Acanthamoeba polyphaga et Acanthamoeba castellanii ATCC 50370. Nous avons montré en couplant l’observation microscopique et l’analyse transcriptomique une différence de permissivité des trois souches d’amibes à l’infection par P.massiliensis . Acanthamoeba castellanii Neff s’est révélé être plus permissive à P.massiliensis qu’Acanthamoeba polyphaga. A l’inverse, Acanthamoeba castellanii ATCC 50370 est apparue résistante à l’infection par P.massiliensis . Ces travaux ont répondu à de nombreuses questions sur la biologie, la structure, et l’interaction de Pandoravirus avec ses cellules hôtes. Ils confortent aussi l'idée comme quoi le monde viral reste un réservoir inexploité de processus métabolique et biochimiques inconnus. En outre, des études complémentaires sur l’interaction de ce virus avec la cellule hôte devraient fournir des clés sur la biologie de ce virus. L'étude et la caractérisation des différentes voies métaboliques de ce virus et des virus géants en général conduiront à des découvertes fondamentales en biologie virale et cellulaire. Ils pourraient apporter des éléments nouveaux sur le plan de l’évolution moléculaire.

The discovery of giant viruses in amoebas has changed our perception of the viruses. Not just by the size of its particles and its genomes, However, also because of the genetic content they harbor. The genomes of giant viruses encode proteins that have never been identified before in viruses including proteins involved in the translation machinery and proteins associated with metabolism pathways, raising a debate on the definition of these viruses. The Pandoraviridae family includes giant viruses of ovoid morphology with genomes in which more than three-quarters of the genes do not have homologs in international databases. To date, many questions remain unanswered about the biology of this complex virus. The objective of this work is to unveil the grey areas around these questions using different innovative approaches. In the first part of this thesis, we carried out a scientific review in which we reported all proteins and metabolic pathways found so far in giant viruses. In the second section, we have investigated possible energy production in Pandoravirus massiliensis, we have shown experimentally that Pandoravirus has an electrical membrane potential, an essential component to the survival of all living cells. It allows cells to function as a battery to generate energy. Additionally, we have identified 8 predicted proteins of Pandoravirus massiliensis with distant homology to the universal enzymes of tricarboxylic acid cycle. Transcripts of these 8 genes were revealed during the replication cycle and one of them was shown to have the predicted enzyme function. Our results show for the first time that a membrane potential can exist in Pandoravirus which probably related to tricarboxylic acid cycle enzymes, a characteristic element of the living domain and primordial for the energy metabolism system. In the third project, we aim to characterize the nature of P.massiliensis tegument which was not known, since this virus lacks any capsid protein nor any gene encoding a capsid protein. we have demonstrated that Pandoravirus tegument is composed of a peripheral polysaccharide layer, an intermediate layer, and an inner layer consisting in several tubules arranged in a helicoidal structure resembling that of cellulose. Using different approaches, specific fluorescent labeling and enzymatic treatment, we characterized the cellulosic nature of the inner layer of P.massiliensis which could be probably the product of the cellulose synthase of the host amoeba. In the fourth part of this thesis, we analyzed the replication cycle of P. massiliensis in three amoeba strains, Acanthameoba Castellanii Neff, Acanthamoeba polyphaga and Acanthamoeba castellanii ATCC 50370, we have shown by coupling microscopic observation and transcriptomic analysis that there is a difference in susceptibility of the three amoeba strains to Pandoravirus infection. Acanthamoeba Castellanii Neff was found to be more permissive to Pandoravirus than Acanthamoeba Polyphaga, however, Acanthamoeba castellanii ATCC 50370 appeared resistant to Pandoravirus infection. This work answered many questions about the biology, structure, and interaction of Pandoravirus with its host cells. It also supports the idea that the viral world remains an untapped reservoir of unknown metabolic and biochemical processes. Furthermore, further studies on the interaction of this virus with the host cell should provide keys to the biology of this virus. The study and characterization of the different metabolic pathways of this virus and of giant viruses in general will lead to fundamental discoveries in viral and cellular biology. They could also provide new elements in molecular evolution.