1 .Virus : Structure, Classification, Réplication

Introduction à la Virologie

La virologie étudie les virus, qui sont des agents infectieux uniques, ni complètement vivants ni de simples molécules. Ils sont caractérisés par leur incapacité à se multiplier isolément et leur dépendance envers une cellule hôte.

Définition et Historique des Virus

• Ancienne conception: Le mot virus vient du latin et signifie « poison », sans connotation d'infection au sens moderne.

• Évolution du terme:

  • XIV^e siècle: Notion de transmission d'un facteur pathogène.

  • XVII^e siècle (Dictionnaire Furetière): Virus comme « agent contagieux et corrosif ».

  • Début XIX^e siècle: Toute matière rendant malade un organisme.

• Ère Pastorienne (1880):

  • Les virus sont considérés comme des êtres vivants, se distinguant des substances toxiques.

  • Décrits comme les plus petits êtres vivants structurés, responsables de maladies infectieuses.

  • Mise en évidence par les filtres de Chamberland (1884): Agents ultrafiltrables invisibles au microscope.

• Dates clés:

  • 1892: Ivanovsky découvre un agent ultrafiltrable dans la mosaïque du tabac.

  • 1901: Découverte du premier virus humain (fièvre jaune).

  • 1939: Invention du microscope électronique, permettant la visualisation directe des virus.

  • 1983: Découverte du LAV (devenu VIH).

  • Aujourd'hui: Découverte continue de nouveaux virus (ex: SARS-CoV-2 en 2019).

• Exemples de maladies virales antiques:

  • Rage chez les Babyloniens.

  • Poliomyélite chez les Égyptiens.

  • Variole (forte mortalité, traces chez les momies).

Structure Virale

Les virus sont des structures minimalistes, mais complexes dans leur fonctionnement.

Facteur clé: « les virus sont... des virus » (André Lwoff, Prix Nobel 1970).

• Composants essentiels:

  • Acide nucléique: ADN ou ARN (jamais les deux simultanément, contrairement aux eubactéries).

  • Capside: Coque protéique protégeant l'acide nucléique.

  • Enveloppe (facultative): Bicouche phospholipidique d'origine cellulaire + protéines virales.

• Taille: De 20 à 300 nm de diamètre.

• Comparaison avec d'autres micro-organismes:

  	Eubactérie	Mycoplasme	Chlamydiae	Virus
  Taille	1 à 3 μm	300 nm	300 nm	20 à 250 nm
  Paroi	oui	non	oui	non
  Intra-cellulaire obligatoire	non		oui	oui
  Présence simultanée ADN et ARN	oui			non
  Reproduction par scissiparité	oui			non
  Système de production d'énergie	oui			non

Classification des Virus

Basée sur de nombreuses caractéristiques, le génome étant le plus important.

• Selon l'acide nucléique:

  • ADN: Simple ou double brin.

  • ARN: Linéaire ou segmenté.

    • ARN monocaténaire (majoritaires), bicaténaire.

    • Polarité positive (identique à l'ARNm) ou négative (nécessite transcription).

    • Taille souvent plus limitée que les génomes ADN.

• Génomes ADN:

  • Le plus souvent bicaténaire (sauf Anelloviridae, Circoviridae, Parvoviridae).

  • Grande taille (jusqu'à >250 kpb pour Herpesvirus).

  • Nombreux gènes codés → nombreuses interactions avec l'hôte.

• Symétrie de la capside:

  • Icosaédrique (sphérique): Polyèdre régulier (12 sommets, 30 arêtes, 20 faces triangulaires). Structure très résistante.

  • Hélicoïdale (tubulaire): Rigide (ex: virus de la mosaïque du tabac) ou souple (ex: virus de la grippe).

• Présence d'une enveloppe:

  • Virus enveloppés:

    • Stabilité fragile dans l'environnement.

    • Transmission interhumaine directe (ex: VIH, herpès).

    • Contient des lipides (cellule hôte), glucides (glycolipides/glycoprotéines), protéines virales.

    • Exemples: Herpesviridae, Togaviridae (pour capside icosaédrique), tous les virus animaux à capside hélicoïdale.

    • Peuvent avoir une matrice (couche protéique sous l'enveloppe).

  • Virus nus:

    • Très stables dans l'environnement.

    • Transmission oro-fécale (ex: poliovirus, rotavirus).

    • Exemples: Picornaviridae, Adenoviridae.

• Tégument: Structure facultative fibrillaire entre l'enveloppe et la capside (ex: Herpesvirus).

• Taxonomie (CITV):

  • Ordre: -virales (ex: Herpesvirales).

  • Famille: -viridae (ex: Herpesviridae).

  • Sous-famille: -virinae (ex: Herpesvirinae).

  • Genre: -virus (ex: Alphaherpesvirus).

  • Espèce: Nom (ex: Human alphaherpesvirus 3).

Principes Généraux de la Réplication Virale

Les virus sont des parasites intracellulaires obligatoires et utilisent la machinerie cellulaire pour se répliquer. Le cycle viral varie mais suit des étapes générales.

1. Adsorption et Fixation:

   • Contact entre virion et cellule.

   • Fixation sur des récepteurs spécifiques de la membrane plasmique.

   • Structures externes (capside pour virus nus, enveloppe pour virus enveloppés) du virus facilitent cette fixation.

2. Pénétration et Décapsidation:

   • Plusieurs mécanismes (fusion membranaire, endocytose).

   • Libération du contenu viral dans le cytoplasme.

   • La plupart des virus à ADN (et quelques ARN) ciblent le noyau.

3. Réplication du génome et synthèse des protéines:

   • Nécessite la synthèse préalable de protéines virales.

   • Les virus les plus simples dépendent fortement de la machinerie cellulaire.

   • Les virus plus complexes codent leurs propres protéines de réplication, mais ont besoin de certaines protéines cellulaires.

   • Virus à ADN: Réplication souvent dans le noyau.

     • Utilise l'ADN polymérase ADN dépendante (virale ou cellulaire).

     • Les petits virus utilisent l'ADN polymérase cellulaire.

     • Les gros virus (Herpesviridae) codent leurs propres protéines de réplication.

     • ARN polymérase ADN dépendante cellulaire pour la transcription des ARNm viraux.

     • Processus en 3 phases pour les ARNm (IE, E, L).

     • Fidélité de réplication élevée → stabilité génétique, évolution lente.

   • Virus à ARN: Réplication intra-cytoplasmique (sauf rétrovirus et grippe).

     • Génome instable → variabilité génétique importante (« quasi-espèce »), évolution rapide.

     • La cellule n'a pas d'ARN polymérase ARN dépendante, donc les virus à ARN (sauf Rétrovirus) en codent une.

     • Rétrovirus: Utilisation de la transcriptase inverse (ADN polymérase ARN dépendante virale) pour transformer l'ARN en ADN, puis intégration dans le génome hôte et transcription par l'ARN polymérase ADN dépendante cellulaire.

4. Synthèse protéique:

   • Virus ADN nucléaire: Traduction monocistronique (1 ARNm → 1 protéine).

   • Virus ARN: Transcrits polycistroniques (1 ARNm → 1 polyprotéine → X protéines par clivage).

5. Assemblage et Libération:

   • Clivage et glycosylation des protéines virales.

   • Assemblage de l'acide nucléique et des protéines de structure (capside).

   • Acquisition de l'enveloppe (pour virus enveloppés) par bourgeonnement à partir des membranes cellulaires.

   • Libération par bourgeonnement (virus enveloppés) ou par lyse cellulaire (virus nus).

Variabilité Génétique des Virus

Le génome viral est le support de la variabilité, essentielle à l'adaptation et à l'évolution des virus.

• Taux de substitution nucléotidique:

  • Virus à ARN: à (élevé)

  • Virus à ADN: à (faible)

• Entraîne:

  • Mutations ponctuelles, délétions, insertions.

  • Décalages du cadre de lecture (ex: HSV).

• Échange de matériel génétique:

  • Recombinaison: Échange entre séquences homologues (ex: coronavirus, picornavirus).

  • Réassortiment: Mélange de segments génomiques entre différents virus infectant la même cellule (ex: grippe, rotavirus).

• Conséquences:

  • Dérive antigénique (mutations continues) → épidémies annuelles de grippe.

  • Cassure antigénique (réassortiment génétique) → pandémies de grippe.

• Variants:

  • Reflet de la variabilité naturelle et de la sélection des plus adaptés.

  • Permet d'identifier l'origine et le suivi des épidémies.

  • Existent des variants d'échappement (réponse immunitaire, vaccins) et des variants diagnostiques (non ou mal détectés).