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LES VIRUS |
À la fin des années 1880, et grâce aux travaux de Louis Pasteur et de Robert Koch, la théorie germinale des maladies infectieuses est établie : pour chaque maladie infectieuse on peut trouver un micro-organisme spécifique. celui-ci :
est visible au microscope,
peut être cultivé sur un milieu nutritif approprié,
est retenu par le filtre Chamberland.
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Charles Chamberland est un assistant de Pasteur qui cherche à améliorer la qualité bactériologique de l’eau distribuée à Paris. Il invente (en 1884) un filtre de porcelaine (encore appelé le filtre "Chamberland"). Ce filtre retient toutes les bactéries.
(sur le schéma, la partie vernissée est en blanc et la partie poreuse en pointillé)
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Le filtre Chamberland : découverte des virus
C'est grâce au filtre Chamberland qu’on va suspecter l'existence d'agents infectieux particuliers.
Dès 1881, Pasteur a montré que l’agent infectieux responsable de la rage est invisible au microscope et qu’il est impossible de l’isoler sur des milieux de culture artificiels. Pasteur "cultive" l’agent infectieux en partant d’un broyat de cerveau de chien enragé qu’il inocule à la surface du cerveau d’un lapin trépané.
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En 1892, Ivanovski découvre qu'une maladie du tabac (la mosaïque du tabac) peut être transmise par la sève d'un plant malade passée sur filtre Chamberland et inoculée à une plante saine. Pour lui, l'effet est imputable à une toxine.
Plus tenace, Bejerinck poursuit l'expérimentation : en inoculant un troisième plant à partir du second et ainsi de suite, il démontre que l'agent causal n'est pas une toxine mais un nouveau type d'agent infectieux se multipliant dans les cellules de son hôte. C'est un "contagium virum fluidum" : un agent ultrafiltrable (1898).
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| Ivanovski (1 fois) - Beijerink (en série) |
Dès lors, quand ils ne parviennent pas à isoler l'agent reponsable d'une maladie présumée infectieuse, les microbiologistes triturent les lésions engendrées au cours de la maladie infectieuse (végétale ou animale) et filtrent la suspension obtenue sur filtre Chamberland :
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Si l'injection du filtrat à une plante ou à un animal sain (de la même espèce que la plante ou l'animal malade) reproduit la maladie, un virus en est à l'origine. |
Rapidement, l’étiologie virale est ainsi démontrée pour de nombreuses maladies :
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la mosaïque du tabac |
végétal |
1898 |
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la fièvre aphteuse |
animal |
1898 |
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la fièvre jaune |
singe homme moustique |
1903 |
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la poliomyélite |
homme (1) |
1909 |
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le cancer |
poule (2) |
1911 |
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la lyse bactérienne |
microbe |
1915 |
(1) travaux de Karl Landsteiner (plus connu pour les groupes sanguins et ses études sur les antigènes artificiels).
(2) le sarcome de la poule peut être transmis à un animal sain par l’injection du filtrat de la tumeur.
Travaux
de Peyton Rous Prix Nobel de médecine en…1966
Ainsi, toute cellule vivante peut être la cible de virus spécifiques et il est possible de distinguer 3 classes de virus, dont les propriétés sont globalement identiques :
virus des végétaux,
virus des animaux,
virus des bactéries.
À la différence des bactéries, un virus :
ne se voit pas,
ne se cultive pas,
n’est pas retenu par le filtre Chamberland.
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1 - LA TAILLE DES VIRUS |
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si l'on agrandit la taille d'une cellule animale à celle d'une piste de cirque réglementaire (soit un cercle de 13 mètres de diamètre. comparativement, la taille des virus s'échelonne d'une noisette (pour le plus petit) à une citrouille (pour le plus gros).
La taille moyenne des virus est de 100 nm
(soit un melon).
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En 1903, le Dr Émile Roux, premier médecin collaborateur de Pasteur, écrit :
" Il est très désirable que l'on trouve des procédés de culture pour mettre en évidence les microbes invisibles. Les dimensions de ces microbes sont voisines de celles des longueurs d'onde de la lumière.
Pour les rendre distincts, il faudrait employer des radiations plus courtes et elles ne seraient pas perçues par notre œil. Il est vrai qu'on peut leur substituer une plaque photographique et nous verrons peut être un jour l'image photographique de ces petits êtres "
En effet, jusqu'en 1950, les techniques d'étude sont lourdes et incertaines : pour cultiver les virus spécifiques de l'homme, il faut disposer d'un animal sensible. On s'adresse le plus souvent aux espèces qui s'en rapprochent le plus, c'est-à-dire les singes.
Mais la maladie humaine peut :
- ne pas être transmissible aux singes
- n'être transmissible qu'à certaines espèces de singes
- se déclarer sous une forme très atténuée.
Par ailleurs, les singes sont des animaux onéreux, difficiles à entretenir en captivité. Ils ont aussi leur propres maladies à virus... qui sont une source possible de confusions !
Les techniques souhaitées vont se faire attendre : le microscope électronique, en 1940, et la culture des cellules in vitro, en 1949.
Les cultures de tissus in vitro et surtout l'utilisation de lignées cellulaires ont actuellement presque remplacé les animaux de laboratoire pour cultiver des virus.
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2 - CARACTERISTIQUES GENERALES DES VIRUS |
Les virus sont de petites particules biologiques de 20 à 300 nm de diamètre dont la structure résulte de l'assemblage de deux ou trois éléments : le génome, une capside, et parfois une enveloppe.
Le terme "virus" concerne l'agent infectieux à tous les stades du cycle viral, extracellulaire ou intracellulaire.
Le terme "virion" définit la particule virale infectieuse complète.
- Un virion est constitué par :
1° : un génome, un acide nucléique (ARN ou ADN) qui est protégé par :
2° : une capside de nature protéique :
l'ensemble, appelé nucléocapside, définit les virus nus.
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- Pour certains virions,
3° : une enveloppe, de nature lipidique, peut entourer la nucléocapside :
sa présence définit les virus enveloppés.
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Il existe donc des virus nus et des virus enveloppés
Pour se reproduire (vivre, c'est se reproduire), un virus doit pénétrer dans une cellule vivante :
les lésions
les lésions et les symptômes
selon l’organe-cible du virus, la maladie sera grave (le cerveau, le foie, le système immunitaire) ou bénigne (la peau, les muqueuses).
1° - le génome
Dans un virus donné, on ne trouve qu'un seul type d'acide nucléique : soit de l'ADN, soit de l'ARN, jamais simultanément les deux.
L'acide nucléique code les diverses protéines virales :
- des protéines de structure qui constituent la capside et l'enveloppe
- des enzymes
- des protéines de régulation qui se fixent sur les promoteurs des gènes viraux pour en activer ou en réprimer l'expression
Certains gènes cellulaires pourront être sensibles à ces protéines de régulation.
2° - la capside
la capside résulte de l'assemblage de petites protéines virales identiques, codées par le génome viral.
fonctions de la capside :
la capside protège le génome quand les virions se trouvent dans le milieu extérieur.
la capside des virus nus porte les déterminants viraux qui se lient spécifiquement à des récepteurs cellulaires.
3° - l'enveloppe
la nucléocapside de certains virus peut être entourée d'une enveloppe encore appelée peplos (peplos = le manteau).
fonctions de l'enveloppe :
l'enveloppe porte les déterminants viraux qui se lient spécifiquement à des récepteurs cellulaires. Ce sont des glycoprotéines incluses dans l'enveloppe, les spicules
après fixation aux récepteurs de la membrane cellulaire, l’enveloppe, de même nature lipidique, peut fusionner avec cette membrane, introduisant la nucléocapside dans la cellule.
3 - CLASSIFICATION DES VIRUS |
D'après la nature du génome et l'absence ou la présence d'une enveloppe on peut proposer une première ébauche de classification des virus :
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virus à ADN |
- virus nus - virus enveloppés |
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virus à ARN |
- virus nus - virus enveloppés |
La nature lipidique de l'enveloppe rend les virus enveloppés très sensibles à l'action de la chaleur, des détergents, des solvants organiques (comme l'éther).
La perte de l'enveloppe inactive le virus puisqu'il a perdu en même temps les déterminants qui lui permettent de se fixer aux cellules sensibles.
Conclusion :
en règle générale :|
- les virus nus sont assez résistants : comme les virus poliomyélitiques (que l'on peut isoler de l'eau des égouts). Les virus responsables d'infections intestinales sont des virus nus (transmission oro-fécale). |
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- les virus enveloppés sont fragiles : comme les virus de l’herpès ou du sida : leur transmission nécessite des contacts rapprochés : transmission sexuelle ou sanguine. |
Cette règle générale a des exceptions : les Poxvirus (virus de la variole) et les Hepadnavirus sont des virus enveloppés mais résistants.
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4 - VIRUS ET BACTERIES |
Virus et bactéries sont des "micro-organismes". À première vue, il semble facile de distinguer les virus des bactéries :
1° - par la taille :
les virus traversent le filtre Chamberland.
Mais les bactéries de petite taille traversent aussi le filtre Chamberland. Ce sont :
les mycoplasmes
les Chlamydia Æ = 300 nm
les rickettsies
2° - par le parasitisme cellulaire obligatoire :
Mais certaines bactéries sont également des parasites intracellulaires obligatoires :
les Chlamydia
les rickettsies
Pour cette raison, rickettsies et Chlamydia ont été étudiés en Virologie (jusqu'au début des années 1960 !).
C'est le contenu en acides nucléiques qui va constituer le caractère le plus discriminant :
3° - un virus ne contient qu'un seul type d'acide nucléique :
soit de l'ADN, soit de l' ARN
en effet : Chlamydia et rickettsies sont bien des bactéries : elles contiennent à la fois ADN et ARN, elles possèdent des ribosomes et se divisent par scissiparité.
En résumé :
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Eubactérie |
Mycoplasme |
Rickettsie Chlamydia |
Virus |
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taille |
1 à 3 m m |
300 nm |
300 nm |
20 à 250 nm |
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présence d'une paroi |
oui |
non |
oui |
non |
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parasitisme intracellulaire obligatoire |
non |
oui |
oui |
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présence simultanée d'ADN et d'ARN |
oui |
non |
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reproduction par scissiparité |
oui |
non |
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système générateur d'énergie |
oui |
non |
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5 - LES VIRUS SONT-ILS VIVANTS ? |
Les virus sont-ils des microbes ou des molécules ?
En un mot, sont-ils vivants ?réponse :
" Les virus sont... des virus "
(André Lwoff - Prix Nobel en 1970)Un virus se résume à une information génétique protégée :
aucun virus ne peut fabriquer de ribosomes
aucun virus ne peut générer de l'ATP
C'est la cellule, dans laquelle ils ont introduit leur génome, qui multiplie les virus.
1° - dans le milieu extérieur :
les virus sont des particules inertes : les virions
au sein d'une population virale appartenant à la même espèce, forme et taille sont identiques parce que les virions ne sont concernés ni par des phénomènes de croissance, ni par des processus de division.
c'est à cause de cette identité de forme et de taille que, dans certaines conditions, on peut cristalliser des virus.
2° - à l'intérieur d'une cellule :
le génome viral s’exprime :
- le génome est libéré de sa capside
- la synthèse des macromolécules cellulaires s'interrompt
- la cellule réplique le génome viral
- la cellule synthétise les protéines de structure viralesgénome et protéines virales s'assemblent ensuite pour former de nouvelles particules virales qui sont libérées dans le milieu extracellulaire.
ce n'est qu'à l'intérieur d'une cellule que l'information génétique des virus peut s'exprimer : à ce moment-là seulement on peut considérer que les virus sont " vivants ".
Toutefois, il ne convient pas de considérer les virus comme des organismes vivants : ce sont des gènes parasites.
Ils s’apparentent aux éléments génétiques mobiles : le génome de certains virus (le virus du sida en particulier) peut s’intégrer dans celui de la cellule-hôte !
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6 - D'OU VIENNENT LES VIRUS |
Puisque la survie des virus dépend totalement de la présence de cellules capables de les reproduire, les virus sont apparus après les cellules qu'ils infectent.
Les virus sont vraisemblablement des informations génétiques d'origine cellulaire qui ont pris leur autonomie.
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7 - VIROIDES, VIRUS DE L'HEPATITE D ET PRION |
On a décrit des agents infectieux encore plus simples que les virus :
- les viroïdes
(1978)Les viroïdes se composent d'un acide nucléique seul.
Ce sont de simples boucles d'ARN d'environ 300 nucléotides qui se répliquent mais ne codent aucune protéine. Leur présence perturberait la maturation des ARN messagers cellulaires.
Les viroïdes n'ont été observés jusqu'à présent que dans le monde végétal (pomme de terre, tomate...).
- le virus de l'hépatite D
(1977)Le virus de l'hépatite D est le seul membre connu des Deltavirus.
Le génome est un ARN circulaire codant une seule protéine de capside (l'antigène delta).
C'est le plus petit virus connu parasitant l'homme : incapable de se multiplier seul, il se manifeste toujours associé au virus de l'hépatite B, dont il emprunte l'enveloppe pour entourer sa nucléocapside.
(un virus incapable de se multiplier seul est un virus dit "défectif")
- les prions
(1982)(prion est un anagramme de proin : proteinaceous infectious particle)
Les prions sont la cause d’encéphalopathies spongiformes :
la maladie des vaches folles,
la maladie de Creutzfeldt-Jakob chez l’homme.
Comme l’agent infectieux résiste aux nucléases, aux UV, à l'ébullition, on peut penser qu’il est dépourvu d’acide nucléique.
C'est encore à l'heure actuelle une énigme biologique.
Les prions seraient des protéines sans acide nucléique associé, protéines caractérisées par une résistance exceptionnelle à l'action des protéases.
Cette protéine (la PrPres : protéine du prion résistante aux protéases) est proche d'une protéine normalement trouvée dans le système nerveux (la PrPc : protéine du prion cellulaire).
En sa présence, la protéine normale subirait une simple modification de sa conformation qui la transforme en protéine anormale. Celle-ci devient à son tour résistante à l’action des protéases : elle s’accumule dans les lysosomes qui éclatent.
Les enzymes lysosomiales endommagent les neurones, créant des trous : le cerveau ressemble à une éponge.
¾ ¾
Pour ses travaux sur les prions, Stanley Prusiner, qui défend la nature protéique de l’agent infectieux, a obtenu le prix Nobel de Médecine en 1997.
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8 - LA MORPHOLOGIE DES VIRUS : CAPSIDE ET ENVELOPPE |
Le microscope électronique : la morphologie des virus
Le microscope électronique est la première avancée technologique souhaitée par Émile Roux. Il commence à être utilisé en virologie à partir des années 1942.
- Le pouvoir séparateur du microscope optique est de 200 nm
- Le pouvoir séparateur du microscope électronique est de 1 nm
Quelques rappels :
1 micromètre = 1 millième de millimètre = 10 -6 m
1 nanomètre = 1 millionième de millimètre = 10 -9 m
1 Angström = 1 dix millionième de millimètre = 10 -10 m
A - LA CAPSIDE
Les virus étant des objets assez uniformément perméables aux électrons, les premières images obtenues par le microscope électronique se sont révélées assez décevantes.
On a remarqué cependant que les virus animaux ou végétaux se présentent, en général, sous 2 aspects :
- soit en en bâtonnets
- soit en sphères de diamètre variable
Certains virus des bactéries ont des aspects plus compliqués.
Des techniques vont permettre de contraster les images. Par analogie avec le microscope photonique on leur donne le nom de "colorations" :
- la technique de l'ombrage métallique (1949)
On dépose sur la grille d'observation un film de carbone puis une goutte de la suspension virale à examiner. On laisse sécher.
Dans une enceinte on place le spécimen près d'un fil métallique (or , platine). On fait le vide et on chauffe le fil à l'incandescence : le métal qui s'évapore est projeté en pluie fine sous un certain angle. Les parties saillantes accumulent le métal et dévient intensément les électrons : les régions correspondantes de l'écran seront donc sombres. Les régions, que le relief des particules abrite de la vapeur métallique, apparaîtront très claires.
La technique d'ombrage apporte des renseignements sur les formes et les dimensions des virus (si l'angle d'ombrage est connu : la longueur de l'ombre permet de calculer l'épaisseur de la particule). Mais elle ne donne aucune information sur leur structure interne.
- la technique de coloration négative (1959)
On ajoute à la suspension virale une solution d'un sel de métal lourd opaque aux électrons (le phospho-tungstate de sodium ou l'acétate d'uranyle, qui se fixent aux acides nucléiques et à certaines protéines). On laisse sécher.
La solution qui s'est déposée dans les anfractuosités du virus s'évapore. Le sel métallique forme une croûte solide et homogène qui épouse très exactement les irrégularités de la surface des particules virales, ce qui permet de distinguer de nombreux détails très fins.
Les zones non "colorées" sont traversées aisément par les électrons et apparaissent en clair sur fond sombre (d'où le nom de coloration "négative").
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OMBRAGE |
COLORATION NEGATIVE |
Ces deux "colorations" vont montrer que toutes les nucléocapsides virales (ou presque) sont construites selon deux modèles :
les virus en bâtonnets ont des nucléocapsides à symétrie hélicoïdale
les virus sphériques ont des nucléocapsides à symétrie icosaédrale
Quelques virus, les gros virus et certains bactériophages, ont des morphologies plus complexes.
Composition de la capside L'information génétique des virus étant limitée, la variété et la taille des protéines virales le sont également. La structure de protection du génome, la capside, est de nature protéique. Ce ne peut pas être une protéine géante (qui "consommerait" presque toute l'information génétique), mais un assemblage de sous-unités protéiques dont la diversité ne peut être que très limitée. On observe en effet 1 seul type de sous-unité chez les petits virus et une dizaine chez les plus gros. Construction de la capside La
stratégie universelle pour "emballer" l'acide nucléique viral
consiste à utiliser un grand nombre de copies d'une ou plusieurs petites
protéines qui vont s'assembler autour du génome. La capside se forme le plus souvent par un processus d'auto-assemblage. Les éléments assemblés sont retenus dans leurs positions par des forces d'attraction moléculaire. L'auto-assemblage implique un arrangement symétrique : c'est à cause de leur symétrie que certains virus peuvent cristalliser. Chez certains gros virus l'assemblage nécessite parfois l'intervention de protéines échafaudages. Chez d’autres virus, on observe une phase terminale de maturation par des protéases, indispensable pour que le virus soit infectieux.
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Structure |
Fonction |
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sous-unité protéique |
sous-unité de structure |
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capsomère |
unité morphologique formée par l'assemblage de sous-unités de structure, identiques ou différentes |
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capside |
revêtement protéique du génome formé par l'assemblage des capsomères |
Selon la symétrie engendrée par l'agencement des protéines de capside autour de l'acide nucléique, on distingue 2 types principaux de virus :
1° - les virus à symétrie hélicoïdale :
La capside de ces virus est directement constituée par l'assemblage de sous-unités identiques.
Ces sous-unités ont une conformation telle qu'elles s'assemblent automatiquement entre elles pour former des disques constitués par une double couche d'unités de structure
(comme deux beignets l'un au dessus de l'autre…).Chaque sous-unité a une forme particulière qui ménage une rigole au sein de laquelle l'acide nucléique va pouvoir se loger.
Au centre des disques se trouve un site de reconnaissance d'un segment particulier de l'ARN génomique qui permet l'initiation de l'auto-assemblage de la capside.
La nucléocapside forme un cylindre creux dont le Æ est caractéristique du virus étudié.
Le virus de la mosaïque du tabac (VMT)
- la nucléocapside peut être une hélice rigide :
exclusivement chez des virus végétaux comme le VMT (virus de la mosaïque du tabac).
- La nucléocapside peut être une hélice flexible :
c'est le cas de tous les virus animaux à symétrie hélicoïdale (qui sont tous, par ailleurs, des virus à ARN enveloppés).
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La morphologie du virus de la rage est caractéristique : la nucléocapside est embobinée dans une enveloppe qui donne au virion l'apparence d'un obus (ou d'un suppositoire...). |
2° - Les virus à symétrie icosaédrale :
La plupart des virus "sphériques", observés à des grossissements suffisants, révèlent en fait un contour hexagonal (rappelant la formule du benzène).
Une observation plus fine révèle que ces capsides, quasiment sphériques, sont des icosaèdres.
L'icosaèdre est un polyèdre obtenu par l'assemblage de 20 triangles équilatéraux (icosa = 20) :
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L'icosaèdre possède :
(après rotation d'un angle approprié autour de certains axes, le virus coïncide avec lui-même) - de type 5 : rotation par deux sommets opposés : - de type 3 : par les centres de deux faces triangulaires opposées. - de type 2 : par les milieux de deux arêtes opposées.
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A chacun des sommets on trouve 5 versants : on doit donc trouver au moins une unité de structure sur chaque versant. Comme il y a 12 sommets, il faut au moins (12 x 5) 60 unités de structure.
à chaque sommet les capsomères sont entourés de 5 autres : ce sont des pentons. Il y a toujours 12 pentons par virion,
sur les arêtes et sur les faces, les capsomères sont entourés de 6 autres : ce sont des hexons : la quantité d'hexons varie selon la taille du virus étudié.
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Herpesvirus |
162 capsomères |
12 pentons 150 hexons |
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Adenovirus |
252 capsomères |
12 pentons 240 hexons |
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è chez les petits virus, comme le virus poliomyélitique, il ne semble pas y avoir d'autres protéines de structure que celle de la capside.
è chez les gros virus, par contre, le génome peut être associé à une ou plusieurs protéines :
l'ensemble génome + protéine(s) forme un nucléoïde (ou "core" pour les anglais, en raison de sa position centrale).
3° - les virus complexes :
Deux groupes de virus à ADN bicaténaire ont un génome de grande taille, ce qui leur offre des capacités de codage étendues. Ces virus présentent, en microscopie électronique, des morphologies complexes qui les excluent des virus à symétrie hélicoïdale ou icosaédrale :
les Poxvirus
Ce sont les plus gros virus connus (on peut déjà les apercevoir au microscope photonique).
Leur forme rappelle celle d'un petit bacille. En coupe j
, un nucléoïde central semble entouré d'une coque protéique déprimée au centre par deux corps latéraux.Une membrane externe apparaît comme recouverte d'une série de tubes composés d'une double rangée de sous-unités sphériques réparties au hasard (virus de la variole k ) ou sous la forme d'un filament continu encerclant la particule (virus Orf du mouton l ).
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Les phages caudés
Ces virus des bactéries ont en fait une symétrie binaire :
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elle abrite le génome.
c'est un tube creux entouré d'une gaine contractile et terminé par des fibres. Ces dernières sont responsables de la fixation à la bactérie. La fixation déclenche la contraction de la gaine qui fait pénétrer le tube dans le cytoplasme : le génome du virus est injecté dans la bactérie: La queue du phage est une véritable seringue à injection ! |
4° - Les virus à symétrie non déterminée : les lentivirus
Cette sous-famille des rétrovirus comprend notamment les virus du sida (virus de l'immunodéficience humaine ou VIH). Leur capside prend un aspect en "tronc de cône", caractéristique mais qui reste à définir complètement.
Le VIH n'a pas encore été cristallisé. Or, seuls les virus cristallisables peuvent être soumis à l'analyse par la diffraction des rayons X, seule technique dont la résolution est suffisante pour révéler la symétrie.
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D'après la symétrie de la capside on peut donc distinguer :
des virus à symétrie hélicoïdale
des virus à symétrie cubique
des virus complexes
Fonctions de la capside
1° - fonction de protection
Après avoir quitté la cellule, le virion se trouve dans un milieu hostile qui endommagerait rapidement son génome : la capside protège l'acide nucléique des altérations physiques, chimiques ou enzymatiques.
Les acides nucléiques sont fragiles, particulièrement lorsqu'ils sont monocaténaires. L'agitation, les ultraviolets et les nucléases peuvent les casser : toute fragmentation du génome conduit à l'inactivation du virion.
La double capside des Rotavirus, responsables majeurs des diarrhées infantiles, leur permet d'être insensibles à l'action de l'eau de Javel et de conserver leur pouvoir infectieux après 7 mois de séjour dans des selles conservées à température ordinaire...
2° - fonction de fixation
La capside des virus nus porte les déterminants nécessaires à la fixation aux récepteurs cellulaires (les ligands viraux).
Comment un virus échappe au système immunitaire ?
Le schéma représente la capside d'un picornavirus (comme le virus de la poliomyélite) :
Aux 12 sommets de la capside, les capsomères (des pentons) forment une dépression (le "canyon"). C'est cette dépression qui permet aux virus de se fixer aux cellules possédant les récepteurs convenables (virus spécifique de l'espèce humaine, le virus se fixe aux cellules du pharynx, de l'intestin et aux cellules nerveuses).
Un vaccin antipoliomyélitique suscite la formation d'anticorps neutralisants.
ces anticorps, trop gros, ne peuvent accéder qu'aux parties supérieures des flancs du canyon.
Le site responsable de la fixation représente un déterminant antigénique inaccessible pour le système immunitaire. Une modification de ce site entraîne l'inactivation du virus puisqu'il devient incapable de se fixer aux cellules. Des mutations affectant les plateaux du canyon n'empêchent pas la fixation du virus mais lui permettent d'échapper à la neutralisation par les anticorps…
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B – L'ENVELOPPE
La présence d'une enveloppe caractérise les virus enveloppés.
La nucléocapside est entourée d'une enveloppe, encore appelée peplos (= le manteau) : c'est donc l'élément le plus externe du virion.
L'enveloppe dérive d'une membrane de la cellule-hôte !
"enveloppe" ou "peplos" évoquent une structure souple et, de fait, l'enveloppe est acquise lorsque les nucléocapsides traversent l'une des membranes de la cellule-hôte :
la membrane cytoplasmique (cas le plus fréquent) : par exemple, le virus de la rougeole :
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la membrane nucléaire : les virus de l'herpès :
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une membrane du réticulum endoplasmique : les flavivirus (virus de la fièvre jaune).
En fait, l'enveloppe est un fragment de membrane cellulaire complètement remanié : la cellule ne fournit que la double couche lipidique. Les protéines et glycoprotéines cellulaires sont déplacées et remplacées par des protéines et des glycoprotéines virales.
1° - les spicules glycoprotéiques
La protéine est virale mais la glycosylation est assurée par la cellule.
Néanmoins la structure de la protéine virale influence la glycosylation et, pour cette raison, les oligosaccharides viraux peuvent être différents des oligosaccharides cellulaires.
Les glycoprotéines s'insèrent dans la membrane lipidique par une région hydrophobe de leur chaîne polypeptidique. L'extrémité est en contact avec la nucléocapside ou avec la matrice sous-jacente.
Les glycoprotéines sont habituellement associées en oligomères (di, tri ou tétramères) plus ou moins visibles au microscope électronique sous la forme de spicules (encore appelées peplomères).
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fonctions des spicules
les spicules portent les déterminants qui reconnaissent les récepteurs cellulaires.
certaines spicules favorisent la fusion de l'enveloppe avec la membrane cellulaire par l'action d'une séquence d'acides aminés hydrophobes (la protéine F du virus de la rougeole).
d'autres spicules peuvent exercer des activités enzymatiques (la protéine NA du virus de la grippe qui est une neuraminidase).
une même spicule peut exercer successivement la reconnaissance et la fusion (les protéine HA du virus de la grippe ; les spicules des virus de l'immunodéficience humaine).
2° - les pores
chez certains virus, une protéine hydrophobe s'insère dans la double couche lipidique, créant des pores qui modifient la perméabilité de l'enveloppe.
fonction des pores
des échanges ioniques sont à l'origine de modifications internes nécessaires à la maturation de la particule et au développement de l'infectivité !
3° - la matrice
la face interne de l'enveloppe est tapissée par une matrice, couche plus ou moins importante de protéine virale, la protéine M.
fonctions de la matrice
la matrice renforce la double couche lipidique et stabilise la nucléocapside.
par ses relations avec les spicules et avec la nucléocapside, la matrice intervient dans l'assemblage des futures particules virales.
En résumé :
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structure |
synonyme |
nature |
fonction |
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enveloppe |
peplos |
double couche lipidique |
è support des spicules |
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spicules |
peplomères |
glycoprotéine |
è fixation du virus aux récepteurs cellulaires è fusion de l'enveloppe avec la membrane è activité enzymatique |
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pores |
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protéine |
è échanges ioniques |
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matrice |
protéine M |
protéine |
è assemblage du virion è renforcement de l'enveloppe è stabilisation de la nucléocapside |
La double couche lipidique est responsable de la fragilité des virus enveloppés. La nature lipidique de l'enveloppe en fait une protection nettement moins efficace que la capside des virus nus, vis-à-vis des milieux hostiles (les détergents, l'éther, le pH acide de l'estomac, les sels biliaires de l'intestin).
Le tube digestif étant un milieu hostile, la transmission de ces virus nécessite en général des contacts étroits : transmission sexuelle, transmission sanguine (piqûres d'insectes, toxicomanes), morsures.
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9 - LE GENOME DES VIRUS |
1°/ la nature du génome
le génome des virus est constituée d'ADN ou d'ARN.
Cette propriété permet de classer les virus en deux groupes :
les virus à ADN
les virus à ARN
2°/ la structure du génome
la structure du génome est extrêmement variable.
Si les virus ont pour origine une information génétique cellulaire qui a pris son indépendance, on doit s'attendre à pouvoir retrouver une certaine parenté dans la structure des génomes :
- dans la cellule, l'ADN se trouve sous forme bicaténaire et l'ARN sous forme monocaténaire.
- en ce qui concerne les virus animaux, on a décrit les structures suivantes :
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Virus à ADN |
Virus à ARN |
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le plus souvent : |
le plus souvent : |
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ADN bicaténaire |
ARN monocaténaire : |
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ð soit ADN linéaire |
ð soit ARN linéaire … |
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ð soit ADN circulaire ‚ |
ð soit ARN segmenté † |
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rarement : |
rarement : |
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ADN partiellement bicaténaire et circulaire ƒ |
ARN bicaténaire segmenté ‡ |
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ADN monocaténaire „ |
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Malgré les apparences, ce sont les virus à ARN qui présentent une variété considérable de structures.
3°/ La taille du génome
L'information génétique est proportionnelle à la taille du virus.
On l'exprime en kilobases (kb) :
Un kilobase représente 1000 bases si le génome est monocaténaire ou 1000 paires de bases si le génome est bicaténaire.
En estimant qu'une protéine moyenne contient environ 300 aa, 1 kb représente la taille moyenne d'un gène (1000 bases représentant environ 300 codons ou triplets nécessaires au codage de la protéine).
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taille |
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génome |
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petits virus |
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3 kb |
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gros virus |
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300 kb |
D'après la taille du génome en kb on peut estimer le nombre de protéines virales (de 3 à 300).
Mais certains virus augmentent leurs capacités de codage car ils ont des gènes chevauchants : un même segment, lu dans des cadres de lecture différents, peut être traduit en 2 ou 3 protéines.
L'originalité des virus à ARN
- Première originalité : un génome modeste
Comme le montre le tableau comparatif suivant :
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virus à ADN |
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virus à ARN |
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Famille |
Taille (kb) |
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Famille |
Taille (kb ) |
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Poxviridae |
280 |
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Picornaviridae |
7 |
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Herpesviridae |
200 |
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Caliciviridae |
8 |
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Adenoviridae |
38 |
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Togaviridae |
12 |
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Flaviviridae |
11 |
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Coronaviridae |
30 |
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Rhabdoviridae |
13 |
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Filoviridae |
13 |
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Paramyxoviridae |
16 |
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Orthomyxoviridae |
14 |
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Bunyaviridae |
14 |
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Arenaviridae |
14 |
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Reoviridae |
23 |
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Retroviridae |
11 |
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Papovaviridae |
5-8 |
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Parvoviridae |
5 |
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Hepadnaviridae |
3 |
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le génome des virus à ADN varie de 3 à 280 kb,
le génome des virus à ARN ne s'écarte pas d'une taille moyenne de 15 kb.
Pourquoi les virus à ARN ont-ils un génome aussi modeste ?
1°- parce qu’un ARN monocaténaire est fragile
La taille d'un génome ARN ne doit pas dépasser une certaine limite au-delà de laquelle les risques de cassure sont importants.
Une cassure entraîne l'inactivation du virion.
Certains virus à ARN ont contourné la difficulté en segmentant leur génome. Ils doivent toutefois résoudre un problème nouveau : le réassortiment exact, car chaque virion doit posséder un exemplaire de chacun des segments, sous peine d'être inactivé.
2° - parce que les ARN-polymérases sont imprécises
- les virus à ADN vont utiliser l'ADN polymérase de la cellule :
or l'ADN polymérase dispose d'une fonction de relecture : si le nucléotide qui vient d'être incorporé est incorrect, il est immédiatement éliminé par l'enzyme.
la cellule est en outre dotée de nombreux systèmes de réparation de l'ADN dont les virus profitent : les erreurs qui surviennent au cours de leur réplication peuvent être corrigées.
Dans le cas des virus à ADN :
les taux de mutation sont donc extrêmement faibles : de 1/108 à 1/109, soit 1 nucléotide erroné pour 10 millions à 1 milliard de nucléotides recopiés.
- les virus à ARN ne peuvent utiliser l'ARN polymérase cellulaire :
les ARN polymérases cellulaires sont exclusivement ADN dépendantes. elles ne peuvent transcrire que de l’ADN :
le virus doit donc être capable de fabriquer une transcriptase ARN dépendante.
comme les ARN polymérases cellulaires, les ARN polymérases virales n'ont pas de fonction de relecture.
la cellule ne possède pas de système de réparation de l'ARN.
Dans le cas des virus à ARN :
les taux de mutation sont très élevés : en moyenne de 1/103 à 1/104 soit 1 nucléotide erroné pour 1000 à 10.000 nucléotides recopiés.
A ces taux, un génome de 100 kb (105 bases) comporterait 10 à 100 mutations, et vraisemblablement la plupart de ces mutations seraient létales : les virions obtenus ne seraient pas viables.
Le génome des virus à ARN est donc condamné à rester modeste !
Un taux de mutation élevé représente toutefois un avantage pour les virus à ARN : l'apparition fréquente de mutants qui échappent au système immunitaire de l'hôte.
Deux familles de virus sont précisément pour cette raison un sujet de préoccupation pour l'homme :
è les virus de la grippe
è les virus du sida.
- Deuxième originalité : des virus à ARN + et des virus à ARN -
Au laboratoire, il est possible d'introduire uniquement le génome d'un virus dans une cellule : on réalise une transfection.
(La transfection est l'infection d'une cellule par un acide nucléique pur).
1°/ le virus de la poliomyélite est un virus à ARN +
L'ARN seul du virus poliomyélitique est introduit dans une cellule sensible : celle-ci fabrique des particules virales complètes comme si elle avait été infectée par le virion.
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l'ARN viral possède une polarité positive : ð le virus poliomyélitique est un virus à ARN +
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2°/ Virus à ARN - : le virus de la rage
l'ARN seul du virus de la rage est introduit dans une cellule sensible : la cellule ne fabrique aucune particule virale. L'ARN seul n'est donc pas infectieux.
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l'ARN viral possède une polarité négative : ð le virus de la rage est un virus à ARN -
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Dans le cas de ces virus, le génome est associé à une ARN polymérase virale.
Dans les premiers stades de l'infection, celle-ci transcrit le génome viral en plusieurs ARN "positifs" : ce sont les ARN-messagers.
L'ARN viral seul n'est pas infectieux puisque l'ARN-polymérase est absente.
On peut donc distinguer :
è des virus à ARN monocaténaire (+)
è des virus à ARN monocaténaire (- )
- Troisième originalité : la segmentation du génome
Certains virus à ARN ont un génome composé de plusieurs segments, les virus de la grippe par exemple.
La segmentation d'un génome viral a une conséquence remarquable :
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Deux virus à génome segmenté appartenant à la même espèce, (le virus de la grippe A, par exemple) mais génétiquement différents peuvent infecter simultanément une même cellule et s'y multiplier. Au moment de l'assemblage des virions, le réassortiment des segments génétiques peut donner naissance à un virus nouveau (qui, dans l'exemple d'un virus grippal pourra être à l'origine d'une épidémie mondiale, une pandémie).
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- Quatrième originalité : segments ambisens
Quelques arbovirus (Arenavirus et Bunyavirus) ont un génome ARN segmenté tout à fait particulier puisque certains segments sont ambivalents : une partie majeure ARN – est soudée à une partie mineure ARN + !
Une transcriptase est associée à la nucléocapside.
- Cinquième originalité : ARN bicaténaire
Une famille de virus animaux, les Reovirus, ont un génome constitué par 10 segments d'ARN bicaténaire.
Comme pour les virus à ARN - , une transcriptase est associée à la nucléocapside afin d'assurer la transcription en ARN-messager de chaque segment.
La classification des virus et la multiplication des virus font l'objet de deux autres cours.
