Biologie de Campbell #19 - Les virus

Note : Les virus se situeraient à l'extrême frontière du vivant. Cependant, il me semble qu'ils incarnent, en un sens, l'essence même du vivant ; ils en sont les représentants les plus épurés. Ce sont de simples machines constituées d'ADN (ou d'ARN) et d'une coque protectrice — comme nous, humains. Leur "but" est la reproduction de ce matériel génétique — comme nous, humains. Ils existent uniquement car cette capacité à la reproduction du matériel génétique se maintient par mutation aléatoire de ce même matériel génétique — comme nous, humains. La réplication fidèle avec modification aléatoire occasionnelle ; rien d'autre. Un mouvement mécanique qui persiste par sélection naturelle des mouvements capables de se reproduire. Toutes les formes de vie plus élaborées obéissent à la même loi.

Les virus ont une structure beaucoup plus rudimentaire que les cellules eucaryotes ou procaryotes. Ils se réduisent généralement à un minuscule paquet constitué de quelques gènes emballés dans une coque de protéines. Ils sont incapables de se reproduire et d'effectuer des activités métaboliques hors d'une cellule hôte. 

Pour ces raisons, les virus se situent à la frontière de ce qu'on appelle vie.

Le génome des virus contient entre 3 et quelques centaines de gènes, rarement plus d'un millier, ce qui est significativement moins que les bactéries. Il existe des virus à ADN et à ARN. La coque de protéines qui entoure ce génome viral porte le nom de capside. Celle-ci peut avoir plusieurs structures type :

• Une simple forme de tube, comme pour le virus de la mosaïque du tabac.
• Une structure icosaédrique (comme un dé à 20 faces) avec une pointe protéique à chaque sommet.
• Une enveloppe membraneuse hérissée de pointes glyco-protéiques, comme le virus de la grippe (virus à ARN).
• Les bactériophages, ou phages, sont plus complexes. Ce sont eux qui ont des "pattes" (appareil caudal) attachées à un tube surmonté d'une tête icosaédrique qui contient l'ADN.

LES VIRUS NE PEUVENT SE RÉPLIQUER QUE DANS DES CELLULES HÔTES

Les virus sont des parasites intracellulaires obligatoires : ils ne peuvent se multiplier que dans une cellule hôte.

Chaque virus à un spectre d'hôtes spécifique. Ils reconnaissent leurs cellules hôtes au moyen d'un mécanique "clé et serrure" entre les protéines virales présentes à leur surface et les molécules réceptrices correspondantes situées sur la face externe d'une molécule compatible.

1. Le virus pénètre dans la cellule / fait pénétrer son ADN dans la cellule
2. Les enzymes de l'hôte effectuent la réplication du génome viral
3. Parallèlement, les enzymes de l'hôte effectuent la transcription du génome viral en ARNm viral que les ribosomes de l'hôte utilisent pour synthétiser de nouvelles protéines virales
4. Les génomes viraux et les protéines de la capside s'assemblent pour former de nouvelles particules virales qui quittent la cellule

Lorsque les nouveaux virus sortent de la cellule hôte, celle-ci est souvent tuée ou du moins endommagée, c'est la cause d'une partie des symptômes.

Ce cycle, évidemment, a de très nombreuses complexités et variantes, qui sont décrites dans les pages suivantes.

Par exemple, chez les phages (qui infectent les bactéries), il existe :

• Le cycle lytique, processus de réplication virale qui aboutit à la mort de la cellule hôte

1. Attachement. Le phage adhère à des protéines de surface spécifiques de la bactérie hôte.
2. Le phage injecte son ADN dans la bactérie et devient donc une coquille vide.
3. Synthèse des génomes et des protéines du virus, sous la direction de l'ADN du phage et en utilisant les enzymes de la cellule bactérienne. 
4. Autoassemblage. Tête, queue et fibres caudales forment de nouveaux phages.
5. Libération. Boum ! Le phage commande la production d'une enzyme qui digère la paroi de la bactérie qui éclate en libérant des dizaines ou centaines de particules phagiques.

• Le cycle lysogénique, qui permet aux phages de se "cacher" dans les cellules et de répliquer le génome viral au fil des divisions cellulaires de la cellule-hôte

Certains virus combinent les deux cycles, passant de l'un à l'autre selon les circonstances.

Certaines bactéries (botulisme, scarlatine...) sont nocives pour les humains surtout parce qu'elles sont infectées par des gènes de phages qui déclenchent chez la bactérie la production de toxines.

En conséquence de tout ça, la sélection naturelle favorise les bactéries qui ont des protéines de surface sur lesquelles aucun phage ne peut se fixer. De plus, une fois qu'il a pénétré la bactérie, l'ADN du phage peut déclencher un mécanisme de défense et être attaqué par des enzymes de restriction. A l'inverse, la sélection naturelle favorise les phages porteurs de mutations qui leur permettent d'outrepasser ces décences. C'est l'inévitable course à l'armement.

Les virus des animaux peuvent avoir un génome ou une enveloppe à base d'ARN.

Certains des virus parasites d'animaux ont une enveloppe virale (une membrane externe recouvrant la capside) qui leur sert à pénétrer dans la cellule hôte. Par exemple, le cycle d'un virus enveloppé à ARN :

1. Les glicoprotéines (spicules) de l'enveloppe virale se lient aux molécules réceptrices à la surface de la cellule hôte, ce qui favorise la fixation du virus.
2. La capside et son contenu pénètrent dans la cellule. La digestion de la capside par les enzymes cellulaires libère le génome viral dans le cytoplasme.
3. Le génome viral sert de matrice pour la synthèse de brins d'ARN complémentaires.
4. De nouvelles copies de l'ARN du génome viral sont fabriquées à l'aide de brins d'ARN complémentaires.
5. Les brins d'ARN complémentaires servent également d'ARNm qui est traduit en protéines de la capside et en glycoprotéine de l'enveloppe virale.
6. Les vésicules transportent les glycoprotéines vers la membrane plasmique de la cellule.
7. Les capsides s'assemblent autour de chacune des molécules d'ARN constituant le génome viral. 
8. Chaque nouveau virus sort de la cellule par bourgeonnement ; son enveloppe est formée en partie d'une portion de membrane directement empruntée à la cellule hôte.

En gros, et même quand ces détails varient selon le type de virus, ça reste la même chose : le virus pirate les usines de la cellule hôte pour que celle-ci fabrique et réplique son ADN ou ARN et les protéines constituant son enveloppe.

Dans le cas des rétrovirus, comme VIH (virus de l'immunodéficience humaine) qui cause le sida (syndrome d'immunodéficience acquise), une étape vient s'ajouter : l'ADN synthétisé à partir du génome de l'ARN viral est inséré sous forme de provirus dans l'ADN chromosomique de la cellule hôte.

LES VIRUS ET LES PRIONS SONT DES AGENTS PATHOGÈNES DES ANIMAUX, DES VÉGÉTAUX ET D'AUTRES ORGANISMES

Les dégâts causés par un virus dépendent souvent de la capacité des tissus touchés à se régénérer par division cellulaire. Par exemple, dans le cas d'un rhume, les tissus des voies respiratoires se régénèrent aisément. En revanche, si un virus attaque des cellules nerveuses, celles-ci ne se divisent pas et ne peuvent donc pas se régénérer. De plus, de nombreux symptômes (fièvre, douleur) sont les conséquences des réactions défensives de l'organisme plutôt que du virus lui-même.

On qualifie de nouveaux virus ceux qui semblent faire leur apparition soudainement, comme le VIH dans les années 1980. La principale cause de ces apparitions est la mutation de virus existants. Les virus à ARN ont un taux de mutation particulièrement élevé, comme dans le cas des grippes saisonnières. Il peut aussi s'agir d'une "mondialisation" de virus auparavant isolés. Il est aussi possible que les virus soient transférés depuis d'autres espèces animales. 

Plus de 2000 types de maladies virales connues s'attaquent aux végétaux. La majorité de ces virus possèdent un génome d'ARN. Il existe deux types de transmission des virus pour les plantes :

• La transmission horizontale : infection par une source extérieure. Le virus doit traverser l'épiderme de la plante, ce qui est favorisé quand l'épiderme est fragilisé par les éléments, une mauvaise santé de la plante ou des animaux herbivore. Les insectes, comme les pucerons, agissent comme des vecteurs de transmission.
• La transmission verticale : transmission du virus d'une plante à sa descendance.

Les prions ne sont pas des virus, ce sont des protéines infectieuses qui semblent causer des maladies dégénératives du cerveau chez diverses espèces animales, dont la "maladie de la vache folle". Les prions posent deux problèmes majeurs :

• Ils mettent des années avant d'avoir de l'effet sur l'organisme, ce qui rend très difficile le contrôle des sources d'infection.
• Ils sont presque indestructibles et aucun remède n'est connu.

Un prion serait une protéine normale de cerveau mal configurée qui a la capacité de transformer les protéines saines similaires en prions. Des chaines de prions s'agrègent, comme en réaction en chaine, et interfèrent avec les fonctions cellulaires normales.