Historique, Structure et Classification LES VIRUS Historique, Structure et Classification

Programme Section 5 : Virologie INTITULE DU PROGRAMME COMMENTAIRES COURS TP TRAVAUX PRATIQUES Structures des virus. Classification. x Exemples de cycles de virus de cellules eucaryotes : virus à ADN, un virus à ARN+ non rétrovirus, un virus à ARN -, un rétrovirus. Il s’agit pour l’étudiant de pouvoir analyser et comprendre un document présentant la structure et le cycle de n’importe quel virus de cellule eucaryote. Les bactériophages. Cycles productifs des phages virulents et lysogénie des phages tempérés. La transduction. 2 séances au moins seront consacrées aux bactériophages : production d’un phage, numération, mise en évidence de la lysogénie …

1. HISTORIQUE ET DÉFINITION 2. STRUCTURE DES VIRUS 2.1. Le Génome viral : les acides nucléiques 2.1.1. les virus à ADN 2.1.2. les virus à ARN 2.2. La capside 2.2.1. Les virus à symétrie cubique 2.2.2. les virus à symétrie hélicoïdale 2.2.3. les virus à symétrie complexe 2.3. Les protéines du virion 2.3.1. les protéines internes enzymatiques 2.3.2. les protéines externes enzymatiques 2.4. L’enveloppe 2.4.1. Origine 2.4.2. Composition et propriétés 3. CLASSIFICATION DES VIRUS 3.1. Les critères de classification 3.1.1. Au niveau de l’acide nucléique 3.1.2. Au niveau de la morphologie de la capside 3.1.3. Au niveau de l’enveloppe 3.1.4. Autre 3.2. La nomenclature 3.3. Tableaux de classification

Pluri session 2005

1. HISTORIQUE ET DÉFINITION Virus = 3ème type d’organisation de la vie non cellulaire

La découverte des virus… longue et laborieuse car difficile à mettre en évidence. Sans connaître la nature des agents responsables des infections, les anciens étaient familiers des maladies telles que : la rage, la rougeole, la variole responsable d’épidémies rôle déterminant dans l’histoire de certains pays.

Feuille devient malade Mise en contact filtrat avec feuille saine En 1892, Ivanovsky Feuille devient malade broyat lésions nécrotiques sur des feuilles causées par le Virus de la mosaïque du tabac Mise en contact filtrat avec feuille saine filtration la mosaïque du tabac est due à un agent inconnu qui passe à travers des filtres bactériens de porcelaine. l’agent à donc une taille inférieure à 1 µm et il est différent d’une bactérie hypothèse: il s’agit d’une toxine

virus vient du latin = poison En 1898, Beijerinck démontre qu'il ne s'agit pas d'une toxine, mais d'un nouvel agent infectieux passé dans le filtrat : il lui donne le nom de "virus-filtrant" virus vient du latin = poison il pense également que cet agent infectieux se multiplie dans les cellules de la plante.

Par la suite, l'existence d'autres virus chez les animaux est démontrée: Agent de la fièvre aphteuse des bovidés (1er virus animal mis en évidence) Virus de la fièvre jaune (1901) Virus de la rage chez l'homme (1903) Virus du sarcome de Rous (tumeur chez les oiseaux - 1911)

On découvre que les bactéries peuvent aussi être attaquées par des virus Twort et d’Herelle, leur on donné le nom de bactériophages car il pouvaient faire des trous dans les tapis bactériens.

à partir de 1935… l'utilisation du microscope électronique et des techniques de diffraction aux rayons X à permis l’étude de la structure des virus.

En 1953, Lwoff propose une définition de la particule virale ou « virion » ou encore particule infectieuse

Le virion présente 4 caractères essentiels : DEFINITION VIRION Le virion présente 4 caractères essentiels  : Il possède un seul type d’acide nucléique : soit de l’ADN, soit de l’ARN jamais les 2 en même temps

Il présente un parasitisme intracellulaire absolu et obligatoire Il détourne à son profit toute la machinerie de synthèse de la cellule hôte vivante et permissive qu’il parasite pour assurer sa multiplication. Il est incapable de se diviser de façon autonome et se reproduit par réplication de son génome

Il a une structure particulaire et non cellulaire (acellulaire) forme particulaire = forme de dissémination des virus vers d’autres cellules sensibles.  La structure de la particule permet : la reconnaissance et la classification des virus

La taille des virus varie de 10 à 300 nm

Sauf 1 exception les mimivirus Il faudrait regrouper plus de 20 milliards de virus pour obtenir un petit point visible à l’œil nu. Sauf 1 exception les mimivirus

Les virus à ADN géants : les Mimivirus (mimiking microbe virus) 1200 ORFs putatives taille de 400 nm Génome contient prés de 1000 gènes Parasite les amibes

2. STRUCTURE La particule virale est obligatoirement constituée de deux éléments de structure : Le génome La capside

Virus nu Virus enveloppé Éléments constants Éléments facultatifs ENVELOPPE CAPSIDE = coque rigide Protéines internes et enzymes GENOME VIRAL ARN ou ADN Génome viral + Protéine interne = nucléoïde ou core nucléocapside Virus nu Virus enveloppé

la Nucléocapside ? acide nucléique + capside = nucléocapside Les virus constitués : - uniquement par une nucléocapside sont appelés virus nus.

- d’une nucléocapside entourée d’une enveloppe sont appelés virus enveloppés

Diagramme descriptif des principales familles de virus animaux

2.1. Le Génome viral (acides nucléiques) Il contient toute l'information génétique. Ses capacités de codage sont faibles (quelques 100ène de gènes)

Nature de l’AN : ARN ou ADN Structure de l’AN : bicaténaire, monocaténaire ou fragmenté Topologie : linéaire ou circulaire Taille : exprimée : - longueur chaine nucléotidique en nm, - MM en dalton, - en pb. Sa composition en bases : calcul du %GC (coefficient de Chargaff)

2.1.1. les virus à ADN bicaténaires et linéaires pour la plupart, structure tridimensionnelle en hélice. Phage X174 = exceptions monocaténaires et linéaires

2.1.2. les virus à ARN Différences avec l’ADN ? Les virus à ARN sont - généralement monocaténaires, linéaires et continus - certains sont bicaténaires, linéaires et fragmentés (grippe)

La polarité de l’ARN peut être positive ou négative : se comporte comme un ARN messager (ARNm ) après introduction dans une cellule : il est directement traduit en protéines

possède une séquence complémentaire de celle de l’ARNm, ne peut pas être directement traduit en polypeptide nécessite l’intervention d’une enzyme particulière, la transcriptase pour transformer l’ARN – en ARNm La transcriptase est étroitement associée au génome viral contenu dans la particule virale.

Exemple de Virus… Virus ARN + : polyomiélite, mosaïque du tabac Virus ARN - : rage, oreillon, grippe, rougeole MTV grippe rhabdovirus

2.2. La capside - coque (grec capsa : boîte) - de nature protéique - entoure et protège le génome viral Chez les virus nu, la capside possède des spicules (fibres) = sites de reconnaissance de la cellule hôte et qui confère le pouvoir immunogène

La capside est constituée de sous-unités identiques : les protomères… L’auto-assemblage de ces unités de structure conduit à la formation de capsomères…

L'arrangement des capsomères entre eux détermine l'architecture du virus = symétries Les capsides virales peuvent être de symétries : cubique ou icosaédrique hélicoïdale mixte ou complexe

2.2.1. les virus à symétrie cubique capside constituée de capsomères associées pour former une figure géométrique en forme d’icosaèdre icosaèdre = polyèdre à 20 faces, 12 sommets et 30 arêtes elle contient l'acide nucléique pelotonné ou enroulé sur lui même Chaque face est un triangle équilatéral.

Les capsomères peuvent être sous forme de : d’hexamères : hexons (= 6 protomères) situés sur les faces ou de pentamères : pentons (= 5 protomères) situés aux sommets

2.2.2. les virus à symétrie hélicoïdale Le virus de la mosaïque du tabac Capside en forme de bâtonnet cylindrique creux à l’intérieur. Elle est formée de protomères identiques et individualisés Elle entoure la molécule d'AN enroulée en hélice à la manière d’un ressort.

Le virus de la grippe La nucléocapside est flexible, spiralée et toujours entourée d’une enveloppe constituée de glycoprotéines et de lipides. Rq: Le génome est fragmenté en 7 à 8 fragments sub génomique, c’est un virus à ARN (-) donc possède la transcriptase.

2.2.3. les virus à symétrie complexe La symétrie de leur capside n’est pas totalement icosaédrique ou hélicoïdale. Les grands bactériophages de la série T paires présentent une symétrie mixtes.

2.3. Les protéines du virion Elles sont nombreuses et variées. 2.3.1. les protéines internes GENOME VIRAL ARN ou ADN GENOME VIRAL ARN ou ADN la transcriptase ou ARN-polymérase : transcrit ARN (-) en ARNm chez virus à ARN - ex: Orthomyxovirus la transcriptase inverse ou RT qui transcrit l'ARN monocaténaire en ADN double brins chez les Rétrovirus (HIV) Protéines internes

Génome viral + Protéine = nucléoïde ou core GENOME VIRAL ARN ou ADN Chez certains virus, les protéines internes sont associées à l'acide nucléique = nucléoïde Exemple : le virus du sida, où ces protéines stabilisent les 2 molécules d’ARN génomiques. Protéines internes Génome viral + Protéine = nucléoïde ou core

Chez d'autres, des protéines de matrice forment une couche interne : on parle de tégument elles renforcent la double couche lipidique, elles stabilisent la nucléocapside elles interviennent dans l’assemblage des particules virales

2.3.2. les protéines externes la neuraminidase et l’hémagglutine : présentent sur les spicules de l'enveloppe des Orthomyxovirus,

2.4. L’enveloppe Facultative elle entoure la nucléocapside de certains virus on l’appelle aussi peplos. ENVELOPPE = PEPLOS

2.4.1. Origine dérive des systèmes membranaires de la cellule hôte

Elles peuvent venir de différents endroits : membrane nucléaire (herpès virus) membrane plasmique (grippe) réticulum endoplasmique, appareil de Golgi (hépatite B)

Elle impose une sortie du virion par un phénomène d’exocytose avec libération de la nucléocapside enveloppée par bourgeonnement. exocytose par bourgeonnement

2.4.2. Composition et propriétés l'enveloppe = fragment de membrane cellulaire complètement remanié : - la cellule fournit la double couche lipidique - protéines et des glycoprotéines virales déplacent et remplacent les glycoprotéines cellulaires donc Nature enveloppe virale : lipidique : partie d'origine cellulaire GlycoProtéiques : partie d'origine virale

les phospholipides sont très sensible à l'éther, aux détergents, aux sels biliaires, aux variations de pH… les virus enveloppés sont donc très fragiles et sont rapidement détruits dans le milieu extérieur

les glycoprotéines = spicules portées par l’enveloppe : Permettent la fixation du virus aux cellules sensibles Favorisent la fusion de l’enveloppe avec la membrane cellulaire des cellules cibles jouent un rôle antigénique et immunogène

3.1. Critères de classification Le système LHT (Lwolff-Horne-Tournier) s’intéresse principalement : à l’acide nucléique, à la morphologie de la capside, à la présence éventuelle d’une enveloppe

3.1.1. Au niveau de l’acide nucléique la nature de l'acide nucléique : ADN (D) ou ARN (R) le nombre de brins : simple (SB) ou double (DB) le sens du simple brin : polarité + ou – la structure et l’organisation du génome : circulaire (cir), non segmenté (n-seg), segmenté (seg)

3.1.2. Au niveau de la morphologie de la capside la symétrie de la nucléocapside : cubique (C), hélicoïdale (H) ou mixte 3.1.3. Au niveau de l’enveloppe la présence d'une enveloppe (E) ou l’absence (NE)

3.1.4. Autre la taille de la particule virale le site d’assemblage de la capside

3.2. Nomenclature Classification en : familles ………. viridae sous-familles ………. virinae genres ………. virus espèces : nom de la maladie, lieu de l’épidémie….

3.3. Tableaux de classification Nature de l’AN Virus animaux à ADN Nombre de brins Enveloppé ou nu Symétrie capside Taille en nm Site assemblage de la capside Famille de virus Genres représentatifs

Virus animaux à ARN Nature de l’AN Nombre de brins Sens du brin Enveloppé ou nu Symétrie capside Taille en nm Site assemblage de la capside Famille de virus Genres représentatifs