Les virus : définition, culture, structure et taxonomie

Mise en évidence historique novembre 2009

Analyse et interprétation : Observations : 1- Ivanovsky en 1892 montre que l’agent responsable est capable de traverser les filtres 2- Beijerinck montre que dans le filtrat, il ya l’agent responsable et que le filtrat contient un agent capable d’être transmis à la descendance 3- En 1949, Enders montre que ces agents invisibles nécessitent des cellules pour être cultivés Analyse et interprétation : 1- Les travaux d’Ivanovsky permettent de conclure que l’agent n’est ni une bactérie, ni un champignon, ni un protozoaire 2- Puisque le filtrat contient un agent transmis à la descendance, il s’agit d’un agent capable de se reproduire et non d’une toxine (simple molécule). L’agent est appelé virus 3- Les virus sont des parasites intracellulaires obligatoires. Conclusion : l’agent responsable est donc un agent traversant les filtres (de petite taille) et capable de se reproduire appelé VIRUS. novembre 2009

De nombreuses maladies furent ainsi expliquées, dues à des virus :fièvre jaune (1901), rage (1903), vaccine (1906), poliomyélite (1909), fièvre aphteuse…… Culture des virus réalisée en 1926 par Carrel : culture du virus de sarcome de Rous (RSV), virus cancérigène du poulet sur cellules fraîches de poulet Observables seulement après la découverte du microscope électronique (1934), leur taille variant le plus souvent de 20 à 300 nm. novembre 2009

novembre 2009

1. Définitions novembre 2009

1-1- Virus et virion

1-1-1- Définition d’un virus (définition de Wolf (1957)) Un virus (la particule virale) a les 5 caractères suivants : - est de petite taille (inférieure à 300 nm) ce qui lui permet de traverser les filtres, - contient un seul type d’acide nucléique (ADN ou ARN) - est un parasite intracellulaire obligatoire car ne possédant pas les enzymes utiles pour des activités métaboliques, il doit détourner à son profit celles d’une cellule hôte - possède un mode de multiplication particulier (ni mitose, ni scissiparité) - possède une structure bien définie avec toujours une symétrie novembre 2009

Les virus, parasites intracellulaires obligatoires parasitent spécifiquement soit des cellules procaryotes, soit des cellules eucaryotes définies. Existent : - des virus animaux (avec des virus des vertébrés et des virus des invertébrés) - des virus végétaux - des virus des champignons - des virus des protozoaires - des virus des bactéries appelées phages ou bactériophages. novembre 2009

1-1-2- Notion de virus et de virion « Virus » : agent à tous ses stades « Virion » : particule virale libre, extracellulaire (n’ayant pas parasitée une cellule hôte), visible au microscope électronique.

1-2- Définition des termes en relation avec la structure : capside, nucléocapside, enveloppe

novembre 2006 Cellule procaryote

Schéma HIV Capside Acide nucléique = 2 ARN Enveloppe : peplos novembre 2006

1-2-1- Capside Coque rigide - exclusivement protéique - renfermant et protégeant l’acide nucléique - pouvant contenir, outre l’acide nucléique, quelques protéines dont quelques enzymes. novembre 2009

1-2-2- Nucléocapside Nucléocapside = - capside + - acide nucléique viral novembre 2009

1-2-3- Enveloppe Structure lipoprotéique enfermant chez certains virus la nucléocapside. Remarque : - si nucléocapside constitue à elle seule la particule virale = nucléocapside nue (donnant un virus nu) - si nucléocapside protégée par une enveloppe lipoprotéique = nucléocapside enveloppé (constituant un virus enveloppé). novembre 2009

2. Obtention et techniques d’étude des virus novembre 2009

2-1- La culture virale Virus : parasite intracellulaire obligatoire, donc nécessité de cellules qui seront infectées par le virus et dans lesquelles le virus va se multiplier. Cellules pouvant être : soit des cellules en culture in vitro soit des cellules d’œufs embryonnés de 5 à 10 jours (œufs fécondés) Soit des cellules d’un animal entier et vivant

2-1-1- Culture sur cellules en culture 2-1-1-1- Technique - Réalisation de cultures de cellules adéquates in vitro - Inoculation de virus à la culture cellulaire - Multiplication des virus dans les cellules - Extraction et purification des particules virales 2-1-1-2- Intérêt - Aucun recours à l’animal - Facilité de mise en œuvre. novembre 2009

2-1-1- Culture sur cellules en culture novembre 2009

2-1-1- Culture sur cellules en culture novembre 2009

2-1-1- Culture sur cellules en culture novembre 2009

2-1-1- Culture sur cellules en culture novembre 2009

2-1-1- Culture sur cellules en culture novembre 2009

2-1-2- Culture sur œuf embryonné (virus du vaccin de la grippe 2-1-2-1- Technique - Obtention d’œufs embryonnés - Inoculation des virus à divers niveaux de l’œuf selon la nature du virus 2-1-2-2- Intérêt - Aucun recours à l’animal - Facilité de mise en œuvre. novembre 2009

2-1-2- Culture sur œufs embryonnés novembre 2009

2-1-2- Culture sur œufs embryonnés novembre 2009

2-1-2- Culture sur œufs embryonnés novembre 2009

2-1-3- Culture sur animaux vivants 2-1-3-1- Technique - Inoculation des virus à des animaux sensibles si virus incultivables par les deux autres méthodes 2-1-3-2- Animaux utilisés - Chimpanzé - Lapin - Génisse pour produire le virus de la vaccine (permettant de vacciner contre la variole) novembre 2009

2-1-3- Culture sur animaux vivants novembre 2009

2-1-3- Culture sur animaux vivants novembre 2009

2-2- Techniques d’étude Recueil d’une suspension de virus à partir d’une culture Purification des particules virales Analyse chimique de la composition des particules virales Observation des particules au microscope électronique Etude de l’image obtenue après diffraction aux rayons X.

3. La composition chimique des virus novembre 2009

Schéma HIV : les divers constituants Enzyme : protéines Capside : protéines Acide nucléique = 2 ARN Enveloppe : peplos : double couche phospholipidique + protéines intégrées novembre 2006

Bactériophage novembre 2009

Bactériophage novembre 2009

Virus de la mosaïque du tabac novembre 2009

Les divers constituants chimiques Protéines Lipides Un acide nucléique

3-1- Les protéines virales Où les trouve t’on ? : existence chez tous les virus Protéines de structure de la capside Quelques enzymes Origine : proviennent de la traduction de certains gènes de l’acide nucléique viral Caractéristiques : nombre de gènes portés par l’acide nucléique viral est faible synthèse de peu de protéines différentes les protéines de la capside sont donc forcément de variétés limitées.

3-2- Les lipides viraux Où les trouve t’on ? : existence uniquement chez les virus enveloppés car les lipides sont uniquement présents dans l’enveloppe Nature : Essentiellement des phospholipides Origine : lipides membranaires de la cellule hôte car l’enveloppe se constitue à partir de la cellule hôte parasitée (voir chapitre multiplication virale)

3-3- L’acide nucléique viral Où les trouve t’on ? : présent chez tous les virus Caractéristique : présence d’un seul type d’acide nucléique : ADN ou ARN portant des gènes qui ne s’exprimeront (traduits en protéines) que dans une cellule hôte.

3-3-1- Génome à ADN (herpes virus , virus de la varicelle, virus de l’hépatite B, certains phages) Herpes virus en microscopie électronique Schéma d’un Herpes virus novembre 2009

3-3-1- Génome à ADN (hépatite B) Schéma de l’HBV : virus de l’hépatite B novembre 2009

Généralement ADN bicaténaire 3-3-1- Génome à ADN (herpes virus , virus de la varicelle, virus de l’hépatite B) Généralement ADN bicaténaire Linéaire (herpes virus) (parfois circulaire (virus de l’hépatite B)) Parfois ADN monocaténaire Soit circulaire Soit linéaire novembre 2009

3-3-2- Génome à ARN (virus grippal, HIV, virus de la rougeole……) Généralement ARN monocaténaire et linéaire : Soit de polarité positive (+) Soit de polarité négative (-) Soit correspondant à l’ARN d’un rétrovirus. ARN de polarité + = ARN correspondant à un ARN messager, donc pouvant être traduit directement en protéines ARN de polarité - = ARN ne pouvant pas se comporter comme unARN messager, c’est le brin complémentaire obtenu par réplication qui sera l’ARN messager pouvant être traduit en protéines ARN d’un rétrovirus = ARN à partir duquel la transcriptase réverse virale gabriquera 2 brins d’ADN qui pourront s’intégrer dans l’une des molécules d’ADN de la cellule hôte. novembre 2009

4. Organisation de la particule virale, ses divers constituants novembre 2009

4-1- La nucléocapside virale

Existence de 3 grands types de particules virales déterminées par la structure de la capside en et notamment de sa symétrie : - particule virale en bâtonnet avec capside à symétrie hélicoïdale - particule virale de forme cubique avec capside à symétrie isocaédrique - particule virale de forme plus complexe avec capside à symétrie mixte comme les bactériophages à queue. Remarque : la symétrie peut parfois être masquée si la nucléocapsie est enfermée dans une enveloppe. novembre 2009

4-1-1- Les nucléocapsides à symétrie hélicoïdale (ex : VMT) novembre 2009

Capside = - baguette cylindrique creuse de 300 mm de long et de 17 nm de diamètre - constituée d’une seule protéine répétée un grand nombre de fois - et dont les protéines constitutives sont enroulées en hélice. L’acide nucléique = ARN - de polarité positive - enroulé en hélice sur la trame protéique. novembre 2009

Remarque : Existence de virus animaux à symétrie hélicoïdale (ex : virus grippal), mais : - virus toujours enveloppé - hélice peu rigide. Conséquence : virus apparaissant avec une structure globulaire pouvant les faire confondre avec des virus à symétrie cubique. novembre 2009

1- protéine enzymatique (neuramidase) 2 autre protéine enzymatique : hémagglutinine 3- enveloppe 4- sous enveloppe 5 – ARN (-) (fragmenté en 8) 6- capside 7- protéine (ARN polymérase ADN dépendante) novembre 2009

4-1-2- Les nucléocapsides à symétrie cubique (capside icosaédrique) ex Adenovirus novembre 2009

4-1-2- Les nucléocapsides à symétrie cubique (capside icosaédrique) ex Adenovirus novembre 2009

Capside = - de forme icosaédrique (icosaèdre = polyèdre formé de 20 faces égales correspondant chacune à un triangle équilatéral) - dont chaque face est constituée de protéines associées en capsomères ayant la forme d’un prisme creux (certains capsomères comportent 5 sous unités protéiques : pentamères, d’autres de 6 sous unités : hexamères) L’acide nucléique est situé à l’intérieur de la capside associé à des protéines internes. novembre 2009

4-1-3- Les bactériophages T: Bacille et phage T en microscopie électronique à balayage novembre 2009

4-1-3- Les bactériophages T: novembre 2009

4-1-3- Les bactériophages T: Schéma d’un bactériophage Tête Acide nucléique Cou Gaine contractile Queue Plaque terminale = plaque caudale Fibre caudale novembre 2009

Structure du phage relativement complexe avec : - tête à symétrie icosaédrique dans laquelle est enfermé l’acide nucléique (nucléocapside) - queue contractile comportant * une gaine à symétrie hélicoïdale (dite gaine caudale) formée d’unités protéiques identiques groupées en anneaux superposés gainant un axe tubulaire * une plaque terminale dite plaque caudale portant des épines et des fibres caudales. - une courte région entre la tête et la queue : le col ou cou. Le phage a une symétrie binaire novembre 2009

4-2- Les enveloppes virales 4-2-1- Leur localisation Périphérie du virus par-dessus la nucléocapside 4-2-2- Leur composition - phospholipides - protéines - polyosides portés par les phospholipides ou les protéines

De nature membranaire, elle comporte : 4-2-3- Leur origine De nature membranaire, elle comporte : - une bicouche phospholipidique qui provient des membranes de la cellule hôte qui lui a permis de se multiplier (membrane plasmique, membrane du réticulum endoplasmique ou membranes de l’enveloppe nucléaire et - des glycoprotéines (visibles en microscopie électronique sous forme de spicules) codées par le génome viral. novembre 2009

4-2-4- Leurs caractéristiques Enveloppes généralement fragiles vis-à-vis : - de la chaleur - de divers tensio-actifs (sels biliaires, détergents) Conséquence : virus enveloppés jamais présents dans les selles, détruits par les sels biliaires. EXCEPTION : virus de l’hépatite B résistant à de nombreux agents : plus grande résistance à l’extérieur que le HIV. novembre 2009

5. Classification des virus novembre 2009

5-1- Critères de classification Quatre critères principaux (Classification de Lwoff, Horne et Tournier) nature de l’acide nucléique (ADN ou ARN) symétrie de la nucléocapside (hélicoïdale ou cubique) présence d’une enveloppe (virus enveloppé ou nu) nombre de capsomères (si virus à symétrie icosaédrique) ou diamètre de la nucléocapside si virus à symétrie hélicoïdale

5-2- Règles de nomenclature Virus classés en famille / sous famille / genre / espèce Nom des familles : nom commençant par une majuscule et se terminant par le suffixe « viridae » Nom des sous familles : nom commençant par une majuscule et se terminant par le suffixe « virinae » Nom des genres : nom commençant par une majuscule et se terminant par le suffixe « virus » (ex : Enterovirus, Poliovirus….)

novembre 2009