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Cours : Biologie en secondaire > Chapitre 6

Leçon 8: Le système immunitaire

Introduction aux virus

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Qu'est-ce qu'un virus ? Sa structure et la façon dont il infecte une cellule.

Les points clés :

Un virus est une particule infectieuse qui se reproduit en "s'installant" dans une cellule hôte et en utilisant sa machinerie cellulaire pour se multiplier.
Un virus est constitué d'un génome d'ADN ou d'ARN contenu dans une enveloppe protéique appelée capside. Certains virus présentent une enveloppe membranaire extérieure.
Les virus sont très variés : ils se présentent sous différentes formes et structures, ont différents types de génomes et infectent différents hôtes.
Les virus se reproduisent en infectant les cellules de leur hôte et en les reprogrammant pour devenir des "usines" à virus.

Introduction

Les scientifiques estiment qu'il existe environ

10^{31}

virus à tout moment

^{1}

. C'est donc un

1

31

zéros derrière ! Si c'était possible, je ne sais comment, d'aligner ces

10^{31}

virus les uns à côté des autres, on obtiendrait une colonne qui s'étendrait à près de

200

années-lumière dans l'espace. Pour le dire d'une autre façon, il y a plus de dix millions de fois plus de virus sur Terre qu'il n'y a d'étoiles dans tout l'univers

^{2}

Cela signifie-t-il qu'il y a

10^{31}

virus qui essaient de nous infecter ? En fait, la plupart de ces virus se trouvent dans les océans, où ils attaquent les bactéries et autres microbes

^{3}

. Cela peut paraitre étrange que les bactéries puissent contracter un virus, mais les scientifiques pensent que tous les organismes vivants hébergent au moins un virus !

Qu'est-ce qu'un virus ?

Un virus est une minuscule particule infectieuse qui ne peut se reproduire qu'en infectant une cellule hôte. Les virus « réquisitionnent » la cellule hôte et utilisent ses ressources pour produire davantage de virus. Ils la reprogramment pour qu'elle devienne une usine à virus. Comme ils ne peuvent pas se reproduire par eux-mêmes (sans hôte), les virus ne sont pas considérés comme des êtres vivants. Les virus n'ont pas non plus de cellules : ils sont très petits, beaucoup plus petits que les cellules vivantes et ne sont en fait que des paquets d'acides nucléiques et de protéines.

Néanmoins, les virus ont des points communs avec la vie cellulaire. Par exemple, ils ont des génomes d'acide nucléique basés sur le même code génétique que celui qui se trouve dans vos cellules (et les cellules de toute créature vivante). De même, tout comme la vie cellulaire, les virus ont des variations génétiques et peuvent évoluer. Ainsi, même s'ils ne répondent pas à la définition d'être vivant, leur statut semble « discutable ». (Peut-être que les virus sont en fait des morts-vivants, comme les zombies ou les vampires !)

En quoi les virus diffèrent-ils des bactéries ?

Même si les deux peuvent nous rendre malades, les bactéries et les virus sont très différents d'un point de vue biologique. Les bactéries sont petites et unicellulaires, mais ce sont des organismes vivants qui ne dépendent pas d'une cellule hôte pour se reproduire. En raison de ces différences, les infections bactériennes et virales sont traitées très différemment. Par exemple, les antibiotiques ne sont utiles que contre les bactéries, et non les virus.

Les bactéries sont aussi beaucoup plus grandes que les virus. Le diamètre d'un virus classique est d'environ

20

-

300

nanomètres

(

1

nm

=

10^{-9}

m

)

^{4}

. Ceci est beaucoup plus petit qu'une bactérie typique E. coli , qui a un diamètre de

1000

nm

! Des dizaines de millions de virus pourraient être placés sur la tête d'une épingle.

Eh bien, cela dépend à quel moment vous le demandez ! Ces dernières années, on a découvert des virus de plus en plus gros. Pour le moment, le plus grand virus connu, c'est le pithovirus. Il infecte les amibes et a la forme d'une tige, pour une longueur de

1, 5

µm

et un diamètre de

0, 5

µm

^{5}

. Il est donc plus grand que certaines cellules !

Pour que cela soit clair, le pithovirus est bien une exception à la règle. La grande majorité des virus ont une taille qui se situe entre

20

-

300

nm

de diamètre et sont beaucoup plus petits que les cellules.

La structure d'un virus

Il existe beaucoup de virus différents dans le monde. Ils varient selon leur taille, leur forme et leur cycle de vie. Si vous êtes curieux d'en savoir plus, je vous recommande de parcourir le site ViralZone. Cliquez sur quelques noms de virus au hasard et découvrez leurs formes et fonctionnalités bizarres !

Toutefois, les virus présentent quelques caractéristiques clés en commun. On retrouve :

Une coque protéique protectrice, ou capside
Un génome d'acides nucléiques composé d'ADN ou d'ARN, à l'intérieur de la capside
Une couche de membrane appelée enveloppe (chez certains virus, mais pas tous)

Examinons de plus près ces caractéristiques.

Les capsides virales

La capside, ou coque protéique, d'un virus est composée de nombreuses molécules de protéines (pas seulement une grande protéine creuse). Les protéines s'associent pour former des unités appelées capsomères qui, ensemble, composent la capside. Les protéines de capside sont toujours codées par le génome du virus, ce qui signifie que c’est le virus (pas la cellule hôte) qui fournit les instructions pour les produire.

Vous pouvez considérer la capside comme une balle de football, et les hexagones blancs et les pentagones noirs comme des capsomères.

Les capsides de certains virus sont relativement simples et sont fabriqués à partir de multiples copies d'une protéine unique. Le parvovirus canin, un très petit virus qui infecte les chiens, a une capside faite à partir de

60

copies de la même protéine de capside. La capside est organisée en

12

capsomères, dont chacun est composé de

5

protéines de capside. Les capsides des autres virus sont plus complexes et consistent en plusieurs copies de plusieurs protéines différentes.

Les capsides peuvent prendre de nombreuses formes, mais elles ont souvent l'une des formes suivantes (ou une variation) :

Icosaédrique – Les capsides icosaédriques ont vingt faces, et sont appelées ainsi car, un icosaèdre est une forme 3D avec 20 faces.
Allongée – Les capsides allongées sont appelées de la sorte à cause de leur apparence semblable à une hélice, fine et linéaire. Elles peuvent également être caractérisées d'hélicoïdale ou de bâtonnet.
Forme hybride – Ces capsides ont une forme hybride icosaédrique et hélicoïdale. Elles présentent une tête icosaédrique attachée à une queue hélicoïdale.
Figures représentant les trois types de capsides des virus : icosaédrique (plus ou moins sphérique), allongée (semblable à un bâtonnet) et hybride (tête icosaédrique et queue allongée).
Image modifiée à partir de "Non-enveloped icosahedral virus," "Non-enveloped helical virus," et "Head-tail phage," par Anderson Brito, CC BY-SA 3.0. L'image est sous licence CC BY-SA 3.0.

Les enveloppes virales

En plus de la capside, certains virus ont également une membrane lipidique externe qu'on appelle l'enveloppe et qui entoure toute la capside.

Les virus avec enveloppe ne fournissent pas d'instructions pour produire l'enveloppe lipidique. Ils « empruntent » un bout de la membrane de la cellule hôte en la quittant. Les enveloppes contiennent toutefois des protéines spécifiques au virus qui aident les particules virales à se lier aux cellules hôtes.

Bien que les enveloppes soient courantes, particulièrement chez les virus animaux, on n'en trouve pas dans tous les virus (ce n'est pas une caractéristique virale universelle)

Les génomes viraux

Tous les virus ont du matériel génétique (un génome) composé d'acide nucléique. Vous, comme toute autre vie cellulaire, utilisez l'ADN comme matériel génétique. Les virus, en revanche, peuvent utiliser soit l'ARN, soit l'ADN, qui sont tous deux des types d'acide nucléique.

Nous pensons souvent que l'ADN a un double brin et que l'ARN n'en a qu'un. Et c'est généralement le cas dans nos propres cellules. Cependant, les virus peuvent contenir tous les combos possibles de type de brins d'acide nucléique (ADN double brin, ARN double brin, ADN simple brin ou ARN simple brin). Les génomes viraux se présentent aussi sous différentes formes, tailles et variétés, bien qu'ils soient généralement beaucoup plus petits que les génomes des organismes cellulaires.

Les génomes des virus sont assez petits ! En règle générale, ils mesurent entre

2

000

et plusieurs centaines de milliers de nucléotides de longueur

^{6}

. (Un nucléotide est une "unité" d'ADN ou ARN).

À titre de comparaison, la bactérie E. coli a un génome d'une longueur de

4, 6

millions

de nucléotides et vous, vous avez un génome d'une longueur de

6, 6

billions

de nucléotides !

À noter : les virus ADN et ARN utilisent toujours le même code génétique que les cellules vivantes. Si ce n'était pas le cas, ils n'auraient aucun moyen de reprogrammer leurs cellules hôtes !

Qu'est-ce qu'une infection virale ?

Dans la vie de tous les jours, nous avons tendance à imaginer qu'une infection virale est un ensemble de symptômes désagréables que nous avons lorsque nous attrapons un virus comme la grippe ou la varicelle. Mais que se passe-t-il réellement dans votre corps quand vous avez un virus ?

À l'échelle microscopique, une infection virale signifie que de nombreux virus utilisent vos cellules pour créer plus de copies d'eux-mêmes. Le cycle de vie du virus est l'ensemble des étapes au cours desquelles le virus identifie et pénètre dans une cellule hôte, la « reprogramme » en lui donnant des instructions sous forme d'ADN ou d'ARN viral, et utilise ses ressources pour développer davantage de particules virales (résultat de ce "programme" viral).

Pour un virus classique, le cycle de vie peut être divisé en cinq grandes étapes (bien que les détails de ces étapes soient différents pour chaque virus) :

L'attachement. Le virus identifie et s'accroche à une cellule hôte, grâce à une molécule réceptrice sur la surface de la cellule.
Virus s'attachant à son récepteur sur la surface de la cellule.
Image modifiée à partir de "Viral attachment to host cell," par ViralZone/Swiss Institute of Bioinformatics, CC BY-NC 4.0.
Au cours de la fixation, une protéine spécifique sur la capside du virus "s'attache" physiquement à une molécule spécifique sur la membrane de la cellule hôte.
Cette molécule, appelée récepteur, est généralement une protéine. Un virus reconnaît les cellules hôtes en fonction des récepteurs qu'elles portent. Une cellule sans récepteur adapté au virus ne peut pas être infectée par celui-ci.
La pénétration. Le virus ou son matériel génétique entrent dans la cellule.
La fusion avec la membrane est une manière courante pour un virus avec enveloppe de pénétrer dans la cellule. Les virus peuvent aussi entrer dans la cellule grâce à un processus appelé endocytose. Certains injectent même leur ADN dans la cellule !
L'endocytose (la membrane se replie vers l'intérieur pour introduire le virus dans la cellule dans une bulle) et la fusion directe de la particule virale avec la membrane, libérant son contenu dans la cellule constituent les deux moyens de pénétration.
Image modifiée à partir de "Virus entry," by ViralZone/Swiss Institute of Bioinformatics, CC BY-NC 4.0.
La réplication du génome et l'expression des gènes. Le génome viral est copié et ses gènes commandent la synthèse des protéines virales.
Le génome viral est copié et ses gènes s'expriment pour lancer la production des protéines virales.
Image modifiée à partir de "Positive stranded RNA virus replication, par ViralZone/Swiss Institute of Bioinformatics, CC BY-NC 4.0.
Cette étape consiste à copier le génome viral et à créer davantage de protéines virales, afin que les nouvelles particules virales puissent être assemblées.
Les matériaux nécessaires à ces processus (tels que les nucléotides pour créer un nouvel ADN ou ARN) proviennent de la cellule hôte, et non du virus. La plupart des "dispositifs" permettant la réplication et l'expression des gènes est également fourni par la cellule hôte. Par exemple, l'ARN messager (mARN) qui encode les gènes viraux est traduit en protéines virales grâce aux ribosomes de la cellule hôte. Cependant, certaines étapes, comme la copie du génome ARN du virus, ne peuvent pas être effectuées par des enzymes des cellules hôtes. Dans de tels cas, les virus doivent encoder leurs propres enzymes.
Les protéines virales produites varient d'un virus à l'autre. Tous les virus doivent encoder des protéines de capside et les virus avec enveloppe doivent généralement aussi encoder des protéines d'enveloppe (qui aident souvent à la reconnaissance des hôtes). Les virus peuvent également encoder des protéines qui manipulent le génome hôte (par ex. en bloquant les défenses de l'hôte ou en modifiant son expression génétique au profit du virus). Ils peuvent aussi aider à la réplication du génome viral, ou jouer un rôle dans d'autres parties du cycle de vie viral.
L'assemblage. Les nouvelles particules virales sont assemblées à partir des copies du génome et des protéines virales.
Lors de l'assemblage, les protéines de capside nouvellement synthétisées se réunissent pour former des capsomères, qui interagissent avec d'autres capsomères pour former la capside complète.
Certains virus, tels que les virus hybrides, assemblent d’abord une capside « vide » et remplissent ensuite l'intérieur du génome viral. D'autres virus construisent la capside autour du génome viral, comme on le voit ci-dessous.
Les protéines de la capside se rassemblent autour du génome viral, formant une nouvelle particule virale avec le génome à l'intérieur (enveloppé par la capside).
Image modifiée à partir de "Cytoplasmic capsid assembly/packaging, par ViralZone/Swiss Institute of Bioinformatics, CC BY-NC 4.0.
La libération. Les particules virales quittent la cellule et peuvent infecter d'autres cellules.
Les virus peuvent se libérer par lyse de la cellule, exocytose ou bourgeonnement de la membrane plasmique.
Image modifiée à partir de "Virus exit," par ViralZone/Swiss Institute of Bioinformatics, CC BY-NC 4.0.
La dernière étape du cycle de vie du virus est la libération des nouveaux virus depuis la cellule hôte. Les différents types de virus quittent la cellule par différents moyens : certains font exploser la cellule hôte (un processus appelé la lyse), d'autres sont libérés grâce aux voies de sortie propres à la cellule hôte (exocytose), et d'autres encore bourgeonnent depuis la membrane plasmique, emportant une partie de celle-ci en se libérant.
Dans certains cas, la libération des nouveaux virus tue la cellule hôte (par exemple, une cellule hôte qui explose ne survivra pas). Dans d'autres cas, les virus sortants laissent la cellule hôte intacte de sorte qu'elle peut continuer à libérer plus de particules virales.

Le schéma ci-dessus vous montre les étapes du cycle de vie d'un virus avec un génome d'ARN monocaténaire. Pour des exemples réels de cycles de vie de virus, vous pouvez consulter les articles sur les bactériophages (virus infectant des bactéries) et les virus animaux.

Cet article est enregistré sous la licence CC BY-NC-SA 4.0.

Travaux cités :

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Autres références :

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