Généralités sur les virus Structure, Réplication, Évolution Les virus sont des microorganismes de très petite taille, 20 à 300 nanomètres, 100 fois plus petit qu une bactérie, non visibles en microscopie optique. Les étapes de la découverte 1879 Meyer découvre la nature infectieuse de la mosaïque du tabac 1892 Ivanovsky montre que c est un agent ultrafiltrable (n est pas retenu par les filtres bactériens) 1901 Reed et al découvrent le virus de la fièvre jaune 1 er virus humain, 1903 Remlinger Riffat-Bay : virus de la rage 1909 Landsteiner et Popper : poliovirus 1933 Smith et al : virus de la grippe humaine Propriétés des virus Parasitisme intracellulaire obligatoire (ne poussent pas sur les milieux de culture bactériens) De nombreux hôtes : plantes, animaux, bactéries Pour l homme : 200 virus peuvent infecter l homme avec des degrés de gravité variés 1. Structure des virus Structure simple : - 1 acide nucléique =génome soit un ADN, soit un ARN - 1 coque protéique = capside assure la protection et le transport du génome 1.1. La capside Répétition de capsomères, unités de structure constituées de quelques protéines : - selon un modèle cubique Adenovirus -ou selon un modèle hélicoïdal 1.2. L enveloppe Certains virus possèdent en plus une enveloppe. De nature lipidique, dérivée des membranes cellulaires, c est un élément de fragilité. Elle contient les glycoprotéines virales, récepteurs du virus. 1.3. Classification Basée sur : le type d acide nucléique, ARN ou ADN, sa structure (simple ou double brin, sens positif ou négatif) la présence ou non de l enveloppe les propriétés biologiques : voies de transmission, vecteurs, pathogénique Classification hiérarchique : Ordre Familles Genres Retroviridae Lentivirus Exemple : 1.4. Formes et tailles des virus Virus non enveloppés Virus de la mosaïque du tabac Espèces HIV1 HIV2 SIV FIV Quasi-espèces Cette capside a le plus souvent la forme d un icosaèdre ADN sb ARN sb ADN db ARN db 20 faces 12 sommets 30 arêtes 1
Virus enveloppés, ARN positif Virus enveloppés, ARN négatif Virus enveloppés ADN 2. Génétique et évolution des virus 2.1. La variabilité La variabilité est une caractéristique des virus. Elle leur permet d échapper à la réponse immune, aux traitements antiviraux ou de s adapter à de nouveaux hôtes. 2.1.1. Trois mécanismes déterminent la variabilité : mutations (le taux de mutation est très élevé chez les virus à ARN) recombinaisons (poliovirus, VIH) réassortiments, chez les virus à génome segmenté (grippe, rotavirus) 2.1.2. Variabilité inter-souches Les génotypes du VIH : Les virus VIH sont extrêmement variables et sont classés en 2 types VIH1 et VIH2. Il y a 3 groupes de VIH1 : Groupe M (majeur) : Il regroupe la quasi-totalité des variants isolés et est subdivisé en : - 9 sous-types purs (A à K) - de nombreuses (plus de 40) formes recombinantes ou CRF Groupe O (outlier) Groupe N (non M-non O) Ces 2 derniers groupes rassemblent des variants minoritaires isolés de patients originaires d Afrique. Les génotypes du VHC : Les souches du virus de l hépatite C se répartissent en 6 groupes (de 1 à 6), subdivisés en sous-groupes (ou soustypes, a à h) L épidémiologie et la réponse aux traitements sont différentes selon les génotypes. Le génotype 3 est retrouvé chez les toxicomanes IV, le génotype 1b chez les transfusés. 2.1.3. Variabilité intra-souches : les quasiespèces Chez un patient infecté, les souches issues de la multiplication du virus initial présentent des séquences suffisamment différentes pour être considérées comme des espèces différentes. C est une propriété des virus à ARN (VIH, VHC) qui ont une réplication rapide, sans système de correction. Le VIH a une capacité de réplication importante : 10 milliards de virus par jour produisent 10 15 séquences différentes chez un seul individu. 2.1.4. Conséquences de la variabilité Sur le diagnostic au laboratoire : prévoir des tests qui puissent identifier les variants Sur la pathogenèse : - le virus polio3 atténué peut retrouver sa neurovirulence par mutation réverse - les différents génotypes du VHC ont des pathogénicités différentes Sur le traitement et la prophylaxie : - les virus VHC de génotypes 1 ou 4 ont une moins bonne réponse au traitement que le génotype 3 - la prophylaxie de la grippe nécessite que le vaccin soit constitué des souches virales en circulation. 2.2. Origine et évolution des virus Les virus sont issus du monde primitif à ARN où des éléments viroïdes coexistaient avec des cellules primitives à ARN. Les virus seraient les promoteurs de l apparition de l ADN, molécule plus stable que l ARN. Les virus ont été une force très active dans l évolution de la cellule. L évolution des virus continue, de façon constante, favorisée par la nombreuse descendance et le grand nombre de mutants. 3. Émergence de nouveaux virus L émergence de nouvelles infections virales humaines est la conséquence d un changement d hôte à partir de virus d animaux sauvages ou domestiques. Les principales barrières à ce changement d hôte sont d une part, l exposition limitée de l Homme aux virus animaux et d autre part la nécessité d une adaptation plus ou moins complexe de ces virus à l Homme. 2
Ainsi, des modifications génétiques ont été nécessaires pour que le VIH passe des Primates à l Homme, mais sa diffusion a été possible par des modifications des comportements humains (urbanisation, voyages ). Quand au virus de la grippe, il est véhiculé par les oiseaux migrateurs permettant sa diffusion géographique. 3.1. Émergence de virus de la grippe Il existe 3 virus Myxovirus inflenzae A, B et C. La structure : - L enveloppe porte deux types de récepteurs : H, l hémagglutinine permet la fixation sur la cellule hôte N, la neuraminidase permet la libération du virus - Le génome est segmenté en 8 brins d ARN En 2009 le virus porcin variant A v 2009 est à l origine d une nouvelle pandémie. Le virus aviaire asiatique A H5N1 représente un risque pour la santé publique, mais il lui manque actuellement la capacité de transmission interhumaine. 3.1.2. Modifications génétiques majeures chez le virus de la grippe A Ces modifications sont responsables de variations antigéniques brutales des récepteurs H et/ou N du virus, à l origine de pandémies. Mécanisme : réassortiment de segments d ARN entre 2 virus co-infectant une même cellule. Ne se produisent que chez le Virus de la grippe A présent dans plusieurs réservoirs animaux Caractère imprévisible Emergence chez l Homme du virus 2009 Les réservoirs : - Le réservoir animal des virus de la grippe A s étend des oiseaux aux mammifères (porc, cheval, Homme ). Les récepteurs viraux sont variables avec un grand nombre de combinaisons possibles H et N: - chez les virus aviaires, 15 types d hémagglutinine et 9 types de neuraminidase sont décrits - chez les virus mammifères, 3 types d hémagglutinine H1, H2, H3 et 2 types de neuraminidase N1 et N2 sont décrits. - Le réservoir des virus de la grippe B et C est strictement humain. 3.1.1. Facteurs d émergence Au XX siècle trois pandémies majeures ont introduit dans la population humaine des virus nouveaux contre lesquels il n existait pas de mémoire immunitaire. Emergence du virus de la grippe A Réservoirs Pandémies Facteurs d émergence 1918-1919 Grippe espagnole Porc Homme Oiseau 1957 :H2N2 Grippe asiatique 1968: H3N2 Grippe de Hong- Kong 2009 v2009 Grippe «mexicaine» Production aviaire/porcine Promiscuité Homme/ animaux Souche américaine Souche européenne v 2009 Réassortant Le virus variant 2009 est issu d un réassortiment entre une souche porcine européenne et une souche porcine américaine. Cette dernière est elle-même issue d un réassortiment entre une souche aviaire, une souche porcine et une souche humaine. 3.1.3. Autres modifications génétiques chez les virus de la grippe A, B, C Modifications mineures Responsables des épidémies saisonnières Prévisibles (souches vaccinales) Mécanisme : mutations des gènes des récepteurs 3.2. Émergence du Coronavirus agent de SRAS Le SRAS CoV responsable de l épidémie de 2003 a pour origine probable des chauves-souris qui ont infecté des animaux consommés par l Homme. 3
3.3. Émergence du VIH Le VIH1 s est établi chez l Homme il y a environ 70 ans. Les 3 groupes majeurs M, N et O dérivent chacun d un transfert à partir de virus SIV du chimpanzé. D abord limité à de petites communautés, le VIH a ensuite atteint une diffusion planétaire. 3.4. Émergence du virus Ebola Ce virus responsable d épidémies de fièvres hémorragiques sévères a pour point de départ des contacts avec des singes malades. 4.1. Attachement du virus sur la cellule Le virus possède des récepteurs permettant sa fixation à la cellule par des récepteurs cellulaires. C est la présence de ces récepteurs qui rend la cellule sensible à l infection. 4. Multiplication des Virus Les virus se multiplient à l intérieur d une cellule selon un processus en plusieurs étapes. Différentes voies de synthèse cellulaires seront utilisées selon les virus. Les enterovirus, virus à ARN, se multiplient à l intérieur du cytoplasme. Le VIH passe par une étape d intégration dans le génome cellulaire. Virus Protéine Récepteur Spécificité virale cellulaire Adenovirus Fibre Intégrine générale Virus grippal Hemagglutinine Neuraminidase Résidu d acide sialique générale VIH Gp120 Gp41 CD4, CXCR4, CCR5 Lympho T Macrophages Certains récepteurs peuvent être utilisés comme cible antivirale. 4.2. La réplication des composants viraux Deux étapes sont essentielles, d une part la synthèse des ARN messagers viraux à partir desquels seront traduites les protéines virales et d autre part la synthèse des nouveaux génomes. Le virus utilise les enzymes cellulaires quand elles existent, ou à défaut ses propres enzymes. 4.2.1. La synthèse des ARN messagers 4
- Le récepteur viral gp 41 du VIH1 - Des enzymes spécifiquement virales - La transcriptase inverse, l intégrase, la protéase des VIH - Les ADN polymérases des virus du groupe Herpes - La neuraminidase des virus de la grippe A et B 4.2.2. La réplication du génome 4.3. Les dernières étapes de la réplication Les protéines virales sont synthétisées par la cellule sous forme de précurseurs. Ceux-ci sont ensuite clivés par des protéases virales ou cellulaires pour donner les protéines définitives. Ces protéines s assemblent avec les nouvelles copies du génome pour former les nouveaux virus qui après maturation vont pouvoir infecter de nouvelles cellules. Les virus enveloppés acquièrent l enveloppe à partir de la membrane cellulaire dans laquelle sont intégrées des protéines virales. Les virus sont libérés par lyse de la cellule ou par bourgeonnement. 5. Cibles des traitements antiviraux Un bon antiviral doit avoir une cible spécifique pour éviter ou réduire la toxicité cellulaire. Les principales cibles spécifiquement virales sont : 5