Virus

Il y a débat sur la nature des virus.

Les virus possèdent des constituants en commun avec les cellules vivantes, comme un acide nucléique (ADN ou ARN) et des protéines. Cependant, selon la définition du biochimiste Wendell Stanley, les virus sont de «simples» associations de molécules biologiques. Ils sont le fruit d'une auto-organisation de molécules organiques et ne sont par conséquent pas vivants. François Jacob insiste aussi sur cette caractéristique des virus : «placés en suspension dans un milieu de culture, ils ne peuvent ni métaboliser, ni produire ou utiliser de l'énergie, ni croître, ni se multiplier, toutes fonctions communes aux êtres vivants»^[4]. Les virus ne peuvent se multiplier qu'en utilisant l'équipement enzymatique d'une cellule vivante. De plus, les virus contiennent bien un acide nucléique, de l'ADN ou de l'ARN mais jamais les deux (sauf le mimivirus évoqué plus haut), à la différence des cellules vivantes.

Néanmoins, au cours des dernières années, la description de nouveaux virus relance le débat sur le caractère vivant ou non vivant des virus. Le Mimivirus, infectant une amibe, possède dans son génome 1 200 gènes, soit plus que certaines bactéries. Qui plus est certains de ces gènes participeraient à la synthèse protéique ainsi qu'à des mécanismes de réparation de l'ADN ^[5]. Il existe chez le mimivirus une trentaine de gènes présents généralement chez les organismes cellulaires mais absents chez les virus. D'autre part, le virus ATV d'archées présente lui aussi des caractéristiques surprenantes. Ce virus en forme de citron présente la particularité de se modifier en dehors du contexte cellulaire par un mécanisme actif. Il est capable de s'allonger à chaque extrémité à une température de 80 °C, température à laquelle vit son hôte Acidianus à proximité des sources hydrothermales^[6].

Les virus ont aussi un rôle dans l'évolution. Patrick Forterre propose même l'hypothèse que les virus seraient les «inventeurs» de l'ADN ^[7]. À l'origine de la vie, l'ARN dominait (hypothèse du monde à ARN) et assurait à la fois les fonctions de stockage et transmission de l'information génétique et de catalyse des réactions chimiques. L'ADN serait apparu ensuite et choisi à cause de sa plus grande stabilité. Selon Patrick Forterre le premier organisme à ADN serait un virus. L'ADN conférerait au virus le pouvoir de résister à des enzymes dégradant les génomes à ARN, arme de défense probable des protocellules. On retrouve le même principe chez des virus actuels, qui altèrent leur ADN pour résister à des enzymes produites par des bactéries infectées.

Le débat entre le caractère vivant ou inerte des virus est toujours actuellement ouvert. Répondre à cette question en amène une autre : qu'est-ce que la vie ? Selon Ali Saïb, «la notion du vivant est une notion dynamique, évoluant selon nos connaissances. En conséquence, la frontière entre la matière inerte et le vivant est tout aussi instable» ^[8].

Une particule virale complète, nommé virion, se compose d'un filament d'acide nucléique, le plus souvent stabilisé par des nucléoprotéines basiques, enfermé dans une coque protéique protectrice nommée capside. La forme de la capside est à la base des différentes morphologies des virus. La taille des virus se situe entre 10 et 400 nm. Les génomes des virus ne comportent que de quelques gènes à 1 200 gènes. Le plus petit virus connu est le virus delta qui parasite lui-même celui de l'hépatite B. Il ne comporte qu'un seul gène. Le plus gros virus connu est le mimivirus avec un diamètre qui atteint 400 nanomètres et un génome qui comporte 1 200 gènes.

Article détaillé : Acide nucléique.

Le filament d'acide nucléique peut être de l'ADN ou de l'ARN. Il représente le génome viral. Il peut être circulaire ou linéaire, bicaténaire (double brin) ou monocaténaire (simple brin). Le génome sous forme d'ADN est le plus souvent bicaténaire. Le génome sous forme d'ARN est le plus souvent monocaténaire et peut être à polarité positive (dans le même sens qu'un ARN messager) ou à polarité négative (complémentaire d'un ARN messager). Le peloton central d'acide nucléique est dénommé nucléoïde.

Article détaillé : Capside.

La capside est une coque qui entoure et protège l'acide nucléique viral. Elle est constituée par l'assemblage de structures protéiques. La capside est constituée de sous-unités protéiques nommées protomères. La totalité capside et nucléoïde est appelé nucléocapside. La structure de la capside entraîne la forme du virus, ce qui sert à distinguer deux groupes principaux de virus : les virus à symétrie cubique et les virus à symétrie hélicoïdale.

De nombreux virus sont entourés d'une enveloppe (ou péplos) qui prend naissance au cours de la traversée des membranes cellulaires. Sa constitution est complexe et présente un mélange d'éléments cellulaires et d'éléments d'origine virale. On y trouve des protéines, des glucides et des lipides. Les virus possédant une enveloppe sont les virus enveloppés. Les virus ne possédant pas d'enveloppe sont les virus nus.

	Virus icosaédriques
virions icosaédriques au microscope électronique	La capside icosaédrique entraîne une apparence sphérique du virus. Les protomères sont organisés en capsomères, disposés de manières régulières et géométriques. Une capsomère, en forme d'anneau, se compose de cinq ou six protomères. Parmi les virus icosaédriques, les parvovirus ont une capside constituée de 12 capsomères, les poliovirus 32 capsomères, les papillomavirus 72 capsomères alors que la capside des adénovirus est constituée de 252 capsomères.
	Virus hélicoïdaux
Schéma d'une capside hélicoïdale	Ces virus sont de longs cylindres (300 à 400 nm), creux, composés d'un type de protomère enroulé en spirale hélicoïdale. Ils peuvent être rigide ou flexible. Le matériel génétique est logé à l'intérieur du tube. Le virus de la mosaïque du tabac est un exemple de virus hélicoïdal particulièrement étudié.
	Virus enveloppés
Schéma d'un virus enveloppé : le VIH	En plus de la capside, certains virus sont capables de s'entourer d'une structure membranaire empruntée à la cellule hôte. Cette enveloppe membranaire se compose d'une bicouche lipidique qui peut posséder des protéines codées par le génome viral ou le génome de l'hôte. Cette enveloppe donne quelques avantages aux virions comparé à ceux composés d'une capside seul, comme la protection vis-à-vis d'enzymes ou de composés chimiques. Les virus enveloppés sont par contre plus fragiles dans l'environnement extérieur, sensibles aux détergents ainsi qu'à la dessiccation. Les glycoprotéines, formant des spicules, fonctionnent comme des récepteurs servant à se fixer sur des cellules hôtes spécifiques. Le virus de la grippe (famille des Orthomyxoviridæ), le virus du SIDA (famille des Retroviridæ) sont des exemples de virus enveloppés.
	Virus complexes
Schéma d'un bactériophage	Ces virus possèdent une capside symétrique qui n'est ni hélicoïdale, ni vraiment icosaédrique. Les bactériophages comme le phage T4 d'Escherichia coli sont des virus complexes possédant une tête icosaédrique liée à une queue hélicoïdale à laquelle sont attachés des poils et des fibres caudales. Le poxvirus est aussi un exemple de virus complexe. C'est le virus animal parmi les plus grands (250 à 350 nm de long sur 200 à 250 nm de large. Certains virus se présentent sous formes bacillaires. C'est le cas du virus de la rage (famille des Rhabdoviridæ) et du virus Ebola.

Article détaillé : Réplication virale.

Les virus ne peuvent se multiplier qu'au sein de cellules vivantes, par réplication de leur acide nucléique. C'est l'interaction du génome viral et de la cellule hôte qui aboutit à la production de nouvelles particules virales. L'infection d'une cellule par un virus, puis la multiplication du virus peuvent se résumer en différentes étapes. Cependant, après pénétration du virus dans la cellule, ces étapes peuvent différer selon la nature du virus en question et surtout selon qu'il s'agit d'un virus à ADN ou d'un virus à ARN.

1. Adsorption du virus au contact de la membrane de la cellule infectée, grâce à des récepteurs spécifiques
2. Pénétration dans la cellule
3. Décapsidation (libération de l'acide nucléique)
4. Réplication du génome viral
5. Synthèse de protéines virales
6. Assemblage et encapsidation des particules virales produites
7. Libération des virions hors de la cellule-hôte

Culture de virus : technique des plages de lyse.

Pour mieux connaître leur biologie, leur multiplication, leur cycle de reproduction et peut-être pour préparer des vaccins, il est indispensable de cultiver les virus. Ceux-ci peuvent se multiplier seulement au sein de cellules vivantes. Les virus infectant les cellules eucaryotes sont cultivées sur des cultures de cellules obtenues à partir de tissus animaux ou végétaux. Les cellules sont cultivées dans un récipient en verre ou en plastique, puis sont infectées par le virus étudié. Les virus animaux peuvent aussi être cultivés sur œufs embryonnés et quelquefois chez l'animal, quand la culture in vitro est impossible. Les virus bactériens peuvent aussi être cultivés par inoculation d'une culture bactérienne sensible. Les virus de végétaux peuvent aussi être cultivés sur des monocouches de tissus végétaux, des suspensions cellulaires ou sur des plantes entières.

Les virus peuvent ensuite être quantifiés de différentes manières. Ils peuvent être comptés directement grâce à la microscopie électronique. Dans le cas des virus bactériens, la technique des plaques (ou plages) est particulièrement utilisée pour évaluer le nombre de virus dans une suspension. Une dilution de suspension virale est ajouté à une suspension bactérienne, puis la totalité est réparti dans des boîtes de Petri. Après culture, des zones claires (plages) à la surface de la gélose sont la conséquence de la destruction d'une bactérie et des bactéries adjacentes par un virion.

Les virus peuvent être purifiés grâce à diverses méthodes de biochimie (centrifugation différentielle, précipitation, dénaturation, digestion enzymatique).

Article détaillé : Classification des virus.

Les virus sont classifiés selon la nature de l'acide nucléique de leur génome (ADN ou ARN), la structure de l'acide nucléique (monocaténaire ou bicaténaire), la forme de l'acide nucléique (linéaire, circulaire, segmenté ou non). Les données morphologiques peuvent aussi être prises en compte (présence ou absence d'enveloppe, symétrie de la capside). Fréquemment, le sérogroupage est toujours utilisé pour raffiner la définition des différences entre virus particulièrement proches.

Bactériophages au microscope électronique.

Il existe deux catégories de virus de procaryotes selon le type d'hôte qu'ils parasitent. La première catégorie regroupe ceux qui infectent les bactéries et sont nommés bactériophages. La seconde catégorie regroupe ceux qui infectent les Archæa. Il existe quatre grands groupes morphologiques de virus de procaryotes.

• Les virus à symétrie binaire. Ce groupe représente près de 96% des virus de procaryotes et correspond aux familles des Myoviridæ, des Siphoviridæ et des Podoviridæ.
• Les virus à symétrie cubique avec une capside icosaédrique mais pas de queue comme les Microviridæ.
• Les virus à symétrie hélicoïdale qui ont une forme de filaments comme les Inoviridæ comme le phage M13.
• Les virus pléomorphes, sans capsides véritable mais possédant une enveloppe. Ce groupe rassemble six familles de virus dont cinq regroupent des virus infectant uniquement les archées. Certains virus d'archées sont pléomorphes, tandis que d'autres ont des formes de bouteilles, de citron, de fuseau^[9].

Les bactériophages possèdent un rôle dans les écodispositifs. A titre d'exemple, dans les écodispositifs aquatiques, ils participent au contrôle de l'abondance et de la diversité bactérienne. ^[10]

Microscopie électronique de particules du virus de la mosaïque du tabac.

La structure des virus des plantes ou phytovirus, est comparable à celle des virus bactériens et animaux. Énormément de virus végétaux se présentent sous la forme de minces et longues hélices. La majorité ont un génome composé d'ARN. Les virus de végétaux peuvent être disséminés par le vent ou par des vecteurs comme les insectes et les nématodes, quelquefois par les graines et le pollen. Les virus peuvent aussi contaminer la plante par l'intermédiaire d'une blessure ou d'une greffe. Différents types de symptômes peuvent apparaître sur la plante infectée. Les virus peuvent provoquer des taches ou des flétrissements sur les feuilles et les fleurs. Des tumeurs peuvent survenir sur les tiges ou les feuilles.
Le virus de la mosaïque du tabac (TMV ou tobamovirus) est un exemple particulièrement étudié de virus de végétaux.

Les baculovirus sont des virus d'insectes particulièrement étudiés. Ils infectent essentiellement les lépidoptères. La larve de l'insecte s'infecte en ingérant de la nourriture. À partir du tube digestif, l'infection peut se transmettre aux autres tissus. L'utilisation de virus pathogènes d'invertébrés dans la lutte contre les insectes ravageurs des cultures et des forêts pourraient être l'un des moyens pour limiter ou remplacer les insecticides chimiques.
Les baculovirus sont aussi utilisés en biologie moléculaire pour exprimer un gène étranger (protéine recombinante) dans des cultures de cellules d'insecte.
D'autre part, certains virus de végétaux sont transmis par des invertébrés mais ne se multiplient pas chez ces vecteurs.

Les virus des champignons sont spécifiques car ils se propagent lors de la fusion cellulaire. Il n'y a pas de virions extracellulaires. Chez les levures comme Saccharomyces, les virus sont transmis au moment du brassage cytoplasmique lors de la fusion cellulaire. Les champignons filamenteux comme Penicillium ou le champignon de Paris Agaricus bisporus peuvent aussi être infectés par des virus. ce qui peut entraîner des problèmes lors de production. Il a été imaginé d'utiliser ces virus dans le cadre d'une lutte biologique contre des champignons pathogènes.

Virus Ebola.

Le rhume, la grippe, la varicelle, la rougeole, la mononucléose infectieuse sont des exemples de maladies humaines virales assez courantes. Des maladies plus sévères comme le SIDA, le SRAS, la grippe aviaire, la variole sont aussi causées par des virus. Le virus Ebola entraîne des fièvres hémorragiques. La capacité d'un virus d'entraîner une maladie est décrite en termes de virulence.

Les virus possèdent différentes stratégies, différents mécanismes grâce auxquels ils peuvent produire des maladies. Le virus pénètre dans une cellule hôte spécifique et prend le contrôle de ses fonctions normales. Au niveau cellulaire, les effets cytopathogènes des virus peuvent entraîner divers effets néfastes. Les capacités de synthèse des protéines des cellules infectées peuvent être inhibées, la chromatine est fragmentée par des enzymes virales. Des particules virales s'accumulent dans le cytoplasme ou le noyau des cellules infectées. Les virus peuvent ensuite provoquer la lyse et la mort des cellules hôtes. La lyse des cellules entraîne la libération des particules virales et permet la dissémination du virus.

Quand le virus pénètre dans une cellule non permissive, il ne peut pas se multiplier. Son génome peut cependant subsister sous la forme d'un épisome libre ou intégré au génome cellulaire. Il y a transformation cellulaire virale quand le génome du virus entre en interaction avec l'ADN du génome cellulaire. On nomme ces virus des virus oncogènes. Parmi ceux-ci, les rétrovirus, en s'intégrant dans le génome cellulaire, peuvent devenir tumorigène et possèdent par conséquent la capacité d'entraîner des cancers.

La classification des principaux groupes de virus et leur correspondance en pathologie, se trouve dans l'encyclopédie médicale Vulgaris. Elle est basée sur le type de molécule d'acides nucléiques (ARN ou ADN) qui forme la particule virale ou virion. [1]

Exemples de virus pathogènes pour l'Homme

VIH, virus du SIDA Rétrovirus Coxackie A virus Ebola Virus de la variole Virus de la grippe

Virus de la fièvre jaune Virus du Nil occidental Cytomégalovirus Rotavirus Virus de l'Hépatite C Virus simien 40 ou SV40

Le virus de la polio.

Dans la mesure où les virus utilisent la machinerie cellulaire de l'hôte pour se reproduire à l'intérieur même de la cellule, il est complexe de les éliminer sans tuer la cellule hôte. L'approche médicale la plus efficace est la vaccination qui sert à résister à l'infection. Divers médicaments permettent de traiter les symptômes liés à l'infection. Les patients demandent fréquemment à leurs médecins qu'ils leurs prescrivent des antibiotiques, mais ils sont sans effet sur les virus. Les antibiotiques interfèrent en effet avec des constituants ou le métabolisme des bactéries et permettent par conséquent de traiter uniquement les maladies d'origine bactérienne et non les maladies d'origine virale.
Si les virus sont reconnus comme des particules non vivantes en dehors du contexte cellulaire, ils ne peuvent pas être «tués» mais sont inactivés. Diverses méthodes de désinfection in vitro permettent d'inactiver les virus (hypochlorite de sodium à 1 %, éthanol à 70 %, glutaraldéhyde à 2 %, formaldéhyde).

Les virus sont importants pour l'étude de la biologie moléculaire et la biologie cellulaire, car ils fournissent des dispositifs simples qui peuvent être utilisés pour la manipulation et la compréhension des fonctions cellulaires. A titre d'exemple, les virus présentent généralement un matériel génétique simplifié et aident à la compréhension des mécanismes moléculaires de la génétique comme la réplication de l'ADN, la, les modifications post-transcriptionnels de l'ARN, la traduction, le transport des protéines et l'immunologie.

Les virus peuvent qui plus est être utilisés comme vecteur pour introduire un gène dans une cellule. Cet outil est utilisé par exemple pour permettre à la cellule de produire une protéine recombinante ou pour étudier l'effet de l'introduction du nouveau gène dans le génome.
Certains virus sont utilisés en thérapie génique comme vecteur, pour soigner diverses maladies. Dans certaines maladies génétiques, un gène défectueux provoque les symptômes. Les virus vecteur permettraient de cibler des cellules spécifiques et remplacer le gène en question par un gène normal.
Les virus sont aussi utilisés dans la lutte contre le cancer. Certains virus sont capables de détruire particulièrement des cellules cancéreuses.

1. ↑ Le pluriel latin de virus n'est pas connu. Quoique se terminant par "-us", on le considère comme un nom neutre de la 2^e déclinaison ; son pluriel serait alors "vira". La forme "viri" est une faute grammaticale : c'est le pluriel des mots masculins de la 2^e déclinaison ; "virii" est un barbarisme. En anglais, la marque du pluriel pour un mot se terminant par "s" est "-es" ; la forme "viruses" se retrouve d'ailleurs le plus fréquemment dans la littérature médicale et professionnelle.
2. ↑ Les virus, ennemis utiles (Hors série de Pour la Science), Tant qu'il y aura des virus de Ali Saïb
3. ↑ découverte d'un virophage
4. ↑ François Jacob, Qu'est-ce que la vie ? in La Vie, Université de l'ensemble des savoirs, Editions Odile Jacob, 2002.
5. ↑ Raoult D, Audic S, Robert C, Abergel C, Renesto P, Ogata H, La Scola B, Suzan M, Claverie JM. The 1.2-megabase genome sequence of Mimivirus. Science. 2004 Nov 19;306 (5700)  :1344-50.
6. ↑ M. Haring et al. , Independant virus development outside a host, Nature, vol. 436, pp. 1101-1102, 2005
7. ↑ Patrick Forterre, Three RNA cells for ribosomal lineages and three DNA viruses to replicate their genomes : a hypothesis for the origin of cellular domain, PNAS, vol. 103 (10), pp. 3669-3674, 2006
8. ↑ Ali Saïb, Les virus, inertes ou vivants ? in Pour la Science, décembre 2006.
9. ↑ Prangishvili, D., P. Forterre, and R. A. Garrett. 2006. Viruses of the Archæa : a unifying view. Nat Rev Microbiol 4 :837-48.
10. ↑ K. E. Wommack and R. R. Colwell (2000) Virioplankton : Viruses in Aquatic Ecosystems. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 64, 69-114

• (fr) Introduction à la virologie : document élaboré par Laurent Roux (et réalisé par Daniel Scherly) de la faculté de médecine de l'université de Genève (Suisse). Révision du 14/10/2005.
• (fr) Généralités en virologie : notes de cours proposées par deux étudiants de la faculté de La Rochelle (France). Version du 12/03/2003.
• (fr) Principes actuels de classification des virus : extraits de cours de microbiologie, par Anne Decoster et al., de la faculté libre de médecine de Lille (France). Version du 22/05/2002.

• Pierre Ardoin : Virus et diagnostic virologique. Paris, Maloine Éditeur, 1983, 997p.
• Thierry Borrel : Les Virus. Diversité et organisation du monde viral. Interactions avec le vivant. Nathan Université, Paris, 1996.
• Gessain A., Manuguerra J. C.  : Les virus émergents. Collection «Que sais-je ?», Presses Universitaires de France, 2006.
• Madigan, M. T., Martinko, J. M.  : Brock Biology of Microorganisms, 11th Ed. Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 2005.
• Perry J., Staley J., Lory S.  : Microbiologie. Éditions Dunod, 2004.
• Prescott, L. M., Harley, J. P. Klein, D. A.  : Microbiologie 2^e édition. DeBœck eds, 2003.