265- virus (biologie)

virus (biologie)

1- PRÉSENTATION 

Bactériophage T4
Sur cette électronographie (représentation obtenue grâce à un microscope électronique), on distingue deux bactériophages T4, virus infectant les bactéries telles que Escherichia coli. Les bactériophages sont présents partout, mais en quantité plus importante dans les excréments, le sol et les eaux d'égout
virus (biologie), micro-organisme constitué essentiellement d’un acide nucléique entouré d’une coque protéique, parasite intracellulaire obligatoire, souvent agent de maladies, bénignes ou graves. Actuellement, plusieurs milliers de virus ont été recensés. La virologie est le domaine de la microbiologie qui s’intéresse aux virus.



Virus de la variole
Le virus de la variole (autrefois appelée petite vérole) est un virus à ADN du groupe des poxvirus. La maladie a été déclarée éradiquée par l'Organisation mondiale de la santé à la fin des années soixante-dix, après une campagne mondiale de vaccination lancée en 1967 ; des stocks de virus subsistent encore dans certains pays, dans des laboratoires hautement sécurisés

Virus de la variole, microscopie électronique en fausses couleurs
2- CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES 

Virus Ebola
Le virus Ebola, responsable de la fièvre hémorragique africaine du même nom, est un filovirus

 famille des filoviridés
La principale caractéristique d’un virus est liée à son incapacité à se reproduire seul : obligé d’infecter des cellules, il utilise le matériel de transcription et de traduction de la cellule hôte pour ses propres besoins. Il doit en effet synthétiser des protéines dont le code est contenu dans son propre matériel génétique. Ces protéines jouent un rôle dans la construction des nouveaux virus auxquels il donnera naissance ou permettent la réplication de l’acide nucléique viral. Les virus sont donc des parasites intracellulaires obligatoires.

Structure du virus du sida VIH
Le virus du sida, ou VIH (virus de l'immunodéficience humaine), est constitué, de l'extérieur vers l'intérieur, d'une enveloppe issue de la membrane de la dernière cellule qu'il a infectée, d'une capside (coque de protéines), et d'un matériel génétique sous forme de deux brins d'ARN séparés, associés notamment à des molécules d'une enzyme appelée transcriptase inverse

L'enveloppe du VIH porte des protéines spécifiques, plus précisément des glycoprotéines — une glycoprotéine est une protéine associée à une molécule de glucide. Les glycoprotéines 120 (gp 120) sont des molécules de surface permettant la reconnaissance et la fixation du VIH à ses cellules-cibles (lymphocytes T-CD4 et macrophages), par l'intermédiaire des récepteurs CD4 de celles-ci. Les glycoprotéines 41 (gp 41), qui traversent l'enveloppe de part en part, permettent quant à elles, après la fixation, à l'enveloppe du VIH de fusionner avec la membrane de la cellule-cible

La capside est une coque de protéines qui renferme le matériel génétique et qui s'ouvre lors de la fusion du virus avec sa cellule-cible, pour libérer le génome viral dans le cytoplasme de cette dernière

 À l'intérieur de la capside, les deux brins d'ARN qui constituent le matériel génétique du virus sont associés à une enzyme, la transcriptase inverse (ou reverse transcriptase). Cette enzyme a pour fonction, après infection de la cellule-cible, de transcrire l'ARN viral en ADN, qui est ensuite intégré à l'ADN de la cellule

Les autres protéines du virus sont des protéines de structure



Les virus sont composés soit d’acide ribonucléique (ARN), soit d’acide désoxyribonucléique (ADN) — jamais les deux simultanément —, d’une coque protectrice appelée capside, constituée de protéines seules ou combinées à des glucides, et parfois entourés d’une membrane plasmique provenant d’une cellule hôte dont le virus est sorti, assemblage de phospholipides et de protéines. L’acide nucléique est généralement constitué d’une seule molécule, soit à simple brin, soit à double brin qui, chez certains virus, peut être segmentée en deux ou trois morceaux.

Virus de la grippe et bactériophage T4 - structure
Le bactériophage (virus qui parasite les bactéries) représenté à gauche est constitué de cinq protéines qui forment respectivement la tête, le cou, la plaque, la queue et son extrémité fibreuse. Le virus de la grippe (à droite) comprend une enveloppe lipidique qui entoure une capside protéique, laquelle enferme le matériel génétique. Deux sortes d'excroissances protéiques déterminent les propriétés infectieuses du virus. En raison du taux élevé de mutations du virus de la grippe, les organismes doivent, pour chaque nouvelle variété, constituer une nouvelle protection immunitaire
3- TAILLE ET FORME 

La taille et l’aspect des virus sont très variés, mais ils ont pour caractéristique commune d’avoir des dimensions extrêmement réduites : à quelques exceptions près, ils ne sont observables qu’au microscope électronique — alors que les micro-organismes de plus grande taille, telles les bactéries, sont visibles au microscope optique.

De nombreux virus ont une forme pseudosphérique très simple sans aucune symétrie, dont le diamètre varie entre 60 et 300 nanomètres (1 nm équivaut à 1/1 000 000 mm). Les plus petits, dont la forme est icosaédrique (polygones à vingt côtés), mesurent entre 18 et 20 nm de large. Certains bactériophages portent, outre cette structure, une sorte de queue qui leur permet d’injecter leur génome à l’intérieur de la bactérie qu’ils infectent. Les plus longs virus sont les virus en bâtonnet, dont certains peuvent atteindre plusieurs microns (1 µm équivalant à 1/1 000 mm) de longueur, mais mesurent généralement moins de 100 nm de large.

Le plus gros virus connu à ce jour, identifié début 2003 par une équipe de l’Université de la Méditerranée (Marseille), atteint la taille de petites bactéries. Baptisé mimivirus (pour mimicking-microbe virus, « virus imitant un microbe » — le terme microbe étant compris ici dans le sens de bactérie), il infecte des amibes et se présente sous la forme de particules icosaédriques de 400 nm de diamètre, entourées de fibrilles atteignant 80 nm de long. Ces dimensions en font l’un des seuls virus (avec les poxvirus) à être visible au microscope optique. Le mimivirus est également particulier par son génome : beaucoup plus gros que celui des autres virus connus, celui-ci renferme plus de 1 200 gènes (autant que certaines bactéries) ; on pense que son fonctionnement est plus complexe, et qu’il pourrait être capable de réguler la synthèse des protéines imposée à sa cellule hôte.

4- CYCLE VIRAL 
4.1- Contamination 

Modes de contamination du virus Ebola
Le virus Ebola se transmet par des aiguilles et autres matériels médicaux non ou mal stérilisés et par contact avec les liquides physiologiques (sang, salive, urine, selles, vomissures) et sécrétions corporelles (sécrétions génitales et peut-être sueur) d'une personne infectée, ce qui explique son haut potentiel épidémique

Une fois dans l'organisme, le virus ne tarde pas à envahir le sang et les cellules du foie (1). La progression de la maladie s'accompagne de l'atteinte d’organes vitaux tels le foie, la rate et les reins (2), pouvant provoquer des hémorragies internes (3) — la fièvre Ebola appartient au groupe des fièvres hémorragiques. Au cours de la deuxième semaine suivant l'apparition des premiers symptômes, la fièvre Ebola peut évoluer vers la guérison ou (dans 50 à 90 p. 100 des cas selon le sous-type viral impliqué), vers la mort, qui survient en quelques jours
Les diverses modalités de la contamination dépendent à la fois du virus et de l’hôte. Les virus végétaux se transmettent le plus souvent par des insectes, parfois par le frottement des feuilles, la plante contaminée infectant l’autre de proche en proche. La plupart des contaminations virales chez l’homme et chez les animaux proviennent des voies respiratoires (virus de la grippe ou de la rougeole) ou sexuelles, ou se produisent par transmission du virus de la mère à l’embryon à travers la barrière placentaire. Un grand nombre d’infections (la rage, par exemple) sont consécutives à des morsures d’animaux ou à des piqûres d’insectes (virus de la fièvre jaune). Le mode de contamination par contact, rare, ne concerne guère que les papillomavirus.

Une fois l’hôte infecté, le virus peut pénétrer à l’intérieur des cellules. Des modes de reconnaissance spécifiques faisant intervenir à la fois la capside virale et la membrane cellulaire sont indispensables à la contamination. Cela explique pourquoi chaque virus n’envahit qu’un type particulier de cellules, spécifique. Par exemple, le VIH infecte les lymphocytes T4 grâce aux récepteurs CD4 situés à la surface de ces derniers.

4.2- Réplication virale 

Réplication virale
En dehors d'une cellule hôte, un virus est une particule inerte. Après avoir pénétré dans une cellule, un virus peut s'y reproduire un grand nombre de fois. Les milliers de particules virales ainsi créées, une fois libérées dans le milieu extérieur, cherchent à se fixer à leur tour sur une cellule hôte. Les virus pathogènes provoquent des maladies en détruisant ou en endommageant les cellules lorsqu'ils quittent celles-ci
Après reconnaissance de la cellule par le virus et entrée du génome viral, la réplication de ce dernier peut commencer. Les virus, qui ne contiennent pas les enzymes et les précurseurs métaboliques indispensables à leur réplication, doivent utiliser pour leurs propres besoins ceux de la cellule hôte qu’ils envahissent, de même que le matériel transcriptionnel et traductionnel de la cellule (ARN de transfert, bases, acides aminés, et énergie sous forme d’ATP). Le mode de reproduction des virus, extrêmement varié, repose essentiellement sur le fait que le matériel génétique du virus peut être de l’ADN ou de l’ARN, simple ou double brin. Par comparaison, le matériel génétique des cellules eucaryotes ou procaryotes (bactéries) n’est constitué que d’ADN double brin, et son mode de réplication est unique.

Si le génome est constitué d’ADN double brin, il passe d’abord dans le noyau (s’il infecte une cellule eucaryote), où il constitue une sorte de chromosome surnuméraire, qui pourra être transcrit en ARN messager (ARNm). Dans le cas de cellules procaryotes, ce matériel supplémentaire reste libre dans le cytoplasme (tout comme celui de la bactérie infectée). Dans certains cas, son mode de réplication est similaire à celui de la cellule hôte (cas du bactériophage lambda) ; dans d’autres, il est complètement différent, passant par une étape intermédiaire d’ARN cytoplasmique, qui servira de modèle à la formation de nouveaux génomes viraux (cas du virus de l’hépatite B).

Les rétrovirus constituent un groupe à part : leur génome, constitué d’ARN, est tout d’abord transcrit en ADN (on parle de rétrotranscription, car elle se fait dans le sens inverse de la transcription classique — ADN vers ARN). Le double brin d’ADN issu de ce processus s’intègre ensuite à l’ADN du noyau de la cellule hôte. Les autres virus à ARN présentent plusieurs modalités de réplication, selon qu’ils sont double ou simple brin. Dans tous les cas, les enzymes qui permettent soit de synthétiser de l’ARN à partir d’ADN, soit de l’ADN à partir d’ARN (transcriptase inverse des rétrovirus), sont indispensables et doivent donc être synthétisées à partir du génome viral, puisqu’elles n’existent pas dans les cellules, avant d’être utilisées pour la réplication du virus. L’ADN d’un rétrovirus, intégré dans le génome de la cellule hôte, fait partie de son matériel génétique : on l’appelle alors provirus. Le génome viral est exprimé tout au long de la vie de la cellule, qui devient une sorte d’usine à virus. De plus, l’intégration du génome viral dans l’ADN cellulaire peut conduire à la cancérisation de la cellule.

En même temps que se réplique le matériel génétique du virus, les protéines nécessaires à la formation de la capside sont synthétisées, par le procédé « classique » de transcription en ARNm, puis de traduction de ce dernier. Lorsque l’acide nucléique a été multiplié un grand nombre de fois (jusqu’à plusieurs dizaines de milliers de copies) et que les unités protéiques constituant l’enveloppe virale sont synthétisées, ces composés s’auto-assemblent selon un mécanisme encore inconnu et forment de nouveaux virus. Ainsi, un seul virus peut en générer des milliers d’autres.

4.3- Libération 

Cycles lytique et lysogénique
Tous les virus bactériophages ont un cycle lytique (infectieux) pendant lequel le virus, incapable de se reproduire par ses propres moyens, injecte son matériel génétique dans la bactérie. Grâce aux enzymes et aux ribosomes de l'hôte, le virus peut être répliqué à plus de cent exemplaires avant que l'hôte n'éclate. Mais parfois, certains bactériophages se comportent autrement. Leur matériel génétique s'intègre au chromosome de la bactérie qui le transmet à ses descendants (lysogénie). Dans un cas pour cent mille, l'ADN viral est activé et entame un cycle lytique
À la suite de l’assemblage de leurs composants, les virus s’agglomèrent dans le cytoplasme, sous la surface de la membrane cellulaire. Pour certains, le processus de libération s’accompagne d’une destruction de la cellule infectée. C’est le cas des bactériophages, dont la sortie provoque la lyse des bactéries infectées. Pour d’autres, des bourgeons se forment sur la membrane cellulaire sans détruire la cellule, et les virus sortent, emportant le bout de membrane plasmique qui les entoure. L’infection peut alors être silencieuse — c’est-à-dire que les virus se répliquent à l’intérieur de la cellule sans l’endommager. Cependant, même lorsque la sortie des virus a lieu par bourgeonnement, il peut s’ensuivre une destruction cellulaire (par exemple, lorsque les copies virales, trop nombreuses, provoquent une multitude de perforations dans la membrane cellulaire qui n’a pas le temps de se régénérer).

5- VIRUS ET SANTÉ 

Virus de la variole
Virus de la variole, microscopie électronique, fausses couleurs
Il existe des centaines de virus qui peuvent provoquer des maladies très diverses chez toutes les espèces vivantes . Chaque virus est spécifique d’une ou de plusieurs espèces proches.

La majorité des infections virales se traduit simplement par une légère fatigue ; ainsi, le rhume est une infection virale qui affecte chaque année des millions de personnes. D’autres infections entraînent des complications plus ou moins graves dues au virus lui-même ou à une infection bactérienne opportuniste. C’est le cas des virus de la grippe, de la rougeole, des oreillons, des boutons de fièvre (ou herpès), de la varicelle, du zona, des verrues et des hépatites. Enfin, certaines contaminations posent un problème très grave, car elles sont mortelles à court terme ; c’est le cas de la rage, des fièvres hémorragiques, de l’encéphalite, de la poliomyélite et de la fièvre jaune. Des virus et des cytomégalovirus peuvent être à l’origine de malformations congénitales ou provoquer la mort du fœtus. Le virus de la rubéole, par exemple, le plus souvent bénin, peut passer totalement inaperçu ; en revanche, il provoque de graves malformations chez l’enfant s’il touche une femme enceinte. C’est la raison pour laquelle la vaccination antirubéolique des fillettes est indispensable.

Le sida est provoqué par un rétrovirus. Il existe également des virus liés aux cancers humains comme le HTLV, mais le virus de l’hépatite B (VBH) peut également être responsable de cancers du foie, de même que certaines formes de papillomavirus pourraient jouer un rôle dans la cancérogenèse. La recherche contemporaine découvre les effets d’autres virus sur l’apparition de certains types de cancer et de maladies chroniques comme la sclérose en plaques et d’autres maladies dégénératives.

Virus du sida
Particules virales HIV sortant d'une cellule infectée, au sein de laquelle elles ont été fabriquées

microscopie électronique, fausses couleurs

Virus de la varicelle

Virus de la rage

Virus de l'hépatite B

6- TRAITEMENT ET PROPHYLAXIE 

La vaccination est actuellement la seule méthode efficace dans la prévention des maladies virales. Elle permet de renforcer les défenses immunitaires de l’individu contre un microbe, en injectant ce microbe sous une forme qui n’est plus pathogène (qui ne provoque pas la maladie) ou qui ne peut se répliquer. La vaccination protège l’organisme contre le virus qui a servi à fabriquer le vaccin.

Il n’existe pas de traitement totalement efficace contre les infections virales, car aucun médicament n’est en mesure de détruire spécifiquement les virus sans entraîner d’effets secondaires sur l’organisme. Les antiviraux entravent la réplication de l’acide nucléique viral, soit en agissant sur les enzymes de synthèse, soit en bloquant cette réplication par l’utilisation d’analogues des précurseurs des acides nucléiques. Ce sont des virostatiques, dénommés ainsi car ils empêchent l’infection, sans détruire les virus ou les cellules hôtes.

On a fondé beaucoup d’espoir sur l’interféron, une protéine non toxique synthétisée par certaines cellules animales infectées par des virus, car il est produit par les cellules elles-mêmes ; cependant, il n’est encore utilisé que dans le traitement des hépatites chroniques, et permet de protéger les cellules proches des cellules infectées contre une contamination virale.

7- VIRUS ET RECHERCHE 

La recherche sur les virus s’intéresse, d’une part, à leur mécanisme de réplication, dans le but de pouvoir stopper leur développement et d’éliminer ainsi les maladies virales, et, d’autre part, à comprendre comment les virus reconnaissent les cellules qu’ils infectent afin d’éviter cette infection. L’étude des maladies virales a également permis de mieux appréhender la réponse immunitaire face aux agents infectieux. 

Les virus peuvent être utilisés pour injecter dans les cellules de nouveaux gènes que ces dernières ne possédaient pas. Ainsi, en construisant des virus chimères contenant à la fois une partie du matériel génétique viral, mais non pathogène, et un gène extérieur, on peut transformer des cellules, voire des organismes entiers, si les cellules infectées sont des cellules embryonnaires (voir organismes génétiquement modifiés). Cette technique a été utilisée pour modifier des plants de tabac en les infectant avec un virus de la mosaïque du tabac chimère, ou des bactéries avec le bactériophage lambda. 

Elle pourrait également être mise en œuvre dans le cadre de la thérapie génique, qui vise à introduire un gène dans des cellules pour traiter une maladie due au déficit ou au dysfonctionnement d’un gène essentiel. En effet, en utilisant un virus chimère qui infecterait ces cellules, on pourrait y introduire un exemplaire fonctionnel du gène voulu. Pour certains cancers du poumon, cette méthode est au stade des essais cliniques. 

Malgré des résultats encourageants, publiés en septembre 1996, la méthode n’est encore ni utilisable à grande échelle ni généralisable. Il n’est pas exclu, par exemple, qu’un virus rendu totalement inoffensif puisse redevenir pathogène à la suite d’une série de mutations.

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