Structure des virus, cycle viral, physiopathologie des infections virales








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Structure des virus, cycle viral, physiopathologie des infections virales

1.1 Qu’est-ce qu’un virus ?
C’est un agent infectieux très simple, défini par une structure se résumant à deux ou trois éléments, selon les virus. Les virus sont donc totalement différents des bactéries ou des parasites, qui sont des cellules, ce que ne sont pas les virus. « Les virus sont les virus » André Lwoff






1.1.1 Génome
Un virus comporte toujours un génome qui est de l’ADN ou de l’ARN, de sorte que dans la classification des virus on distingue en premier lieu virus à ADN et virus à ARN. Ce génome peut-être monocaténaire (à simple brin) ou bicaténaire (à double brin).

D’une façon générale, la réplication du génome des virus à ARN est beaucoup moins fidèle que celle du génome des virus à ADN (les ARN polymérases n’ayant pas les mécanismes de détection et correction d’erreurs qu’ont les ADN polymérases des virus à ADN). Ainsi, les virus à ARN sont particulièrement sujets aux variations génétiques (HIV, virus de l’hépatite C, par exemple), contrairement aux virus à ADN.

La taille du génome - et donc les capacités de codage - diffère considérablement parmi les virus à ADN (3 à 300 kpb), alors qu’elle est comprise entre 10 et 20 kb pour la plupart des virus à ARN. La capacité somme toute réduite de codage des génomes viraux (par comparaison aux quelques 25000 gènes du génome humain) est souvent compensée par un chevauchement des cadres de lecture et par le phénomène d’épissage des ARN messagers (découvert chez les adénovirus).
1.1.2 Capside
Le génome est emballé dans une structure protéique appelée CAPSIDE, d’un mot grec, capsa, signifiant boîte. La capside protège le génome. Elle a une conformation géométrique qui, selon les virus est, soit tubulaire, soit polyédrique. On appelle nucléocapside la structure compacte formée par l’assemblage de la capside autour du génome.

Il faut retenir que les capsides, tubulaires comme polyédriques, 1) sont faites de protéines virales polymérisées, les virus ayant trop peu de gènes pour s’offrir autant de protéines distinctes qu’il leur en faut pour recouvrir et protéger le génome, et que 2) ces structures ont été sélectionnées dans la nature en raison de leur grande stabilité.
1.1.2.1 Nucléocapside tubulaire ou hélicoïdale

C’est un tube enroulé en peloton (pour ce qui concerne les virus humains ou animaux, ce peloton est lui-même enveloppé dans un 3e élément appelé péplos).
1.1.2.2 Nucléocapside polyédrique

Ce n’est pas n’importe quel polyèdre mais un ICOSAÈDRE : polyèdre à 20 faces qui sont des
triangles équilatéraux, et 12 sommets. Vu sous un certain angle, l’icosaèdre présente un contour
hexagonal.

L’icosaèdre est utilisé en architecture (coupole du Palais des Sports) et le ballon de football à 12 pièces noires et

20 pièces blanches a pour structure de base un icosaèdre. Le dé icosaédrique est, par ses 20 faces, un instrument de docimologie utilisé volontiers par vos enseignants, confrontés à la correction d’un nombre excessif de copies.

Un exemple de virus icosaédrique très simple : les poliovirus

1.1.3 Enveloppe ou péplos
D’un mot grec signifiant manteau, c’est l’élément le plus externe de certains virus. La présence ou l’absence d’enveloppe règle en grande partie le mode de transmission des maladies.

Tous les virus humains et animaux à capside tubulaire ont un péplos, mais certains virus à capside icosaédrique en sont également pourvus (Herpesviridae, Togaviridae, Flaviviridae).
1.1.3.1 Définition

Ce terme évoque une structure souple et, de fait, le péplos est une membrane, dérivée des membranes cellulaires, cytoplasmique, golgienne, ou nucléaire selon les virus. En effet, les virus à péplos terminent leur multiplication dans la cellule par bourgeonnement. Des glycoprotéines d’origine virale s’insèrent dans la bicouche lipidique caractéristique des membranes cellulaires. Ainsi, la capside et le génome d’un virus enveloppé comme le virus de la grippe s’assemblent en une nucléocapside sous la membrane cytoplasmique. Le virus va sortir de la cellule (ou plutôt être relargué hors de la cellule, les virus étant passifs), non par éclatement de cette cellule, mais par formation d’un bourgeon au détriment de la membrane cytoplasmique, bourgeon qui va s’isoler pour former un virus entier, libre, capable d’infecter une nouvelle cellule ou un nouveau sujet. L’enveloppe de ce virus de la grippe est la membrane cytoplasmique de la cellule infectée, mais modifiée par l’adjonction de glycoprotéines virales. Les lipides de l’enveloppe sont, eux, d’origine cellulaire.

C’est dans le noyau que s’assemblent la capside et le génome des virus de la famille des Herpesviridae. Le virus va sortir de la cellule après bourgeonnement de la membrane nucléaire, puis de la membrane de l’appareil de Golgi.
1.1.3.2 Virus nus

Ce sont les virus sans péplos, les poliovirus par exemple.
1.1.3.3 Que cela change-t-il d’avoir ou de ne pas avoir de péplos ?

Avoir un péplos rend le virus très fragile. Le péplos a, en effet, la fragilité des membranes cellulaires dont il dérive. Or, un virus, quel qu’il soit, doit être entier pour être infectant, et il est deux endroits où les virus à enveloppe vont dégrader rapidement leur enveloppe et du même coup perdre leur pouvoir infectieux : dans le milieu extérieur et le tube digestif. Dans ces mêmes endroits, les virus nus, sans péplos, qui ont seulement un génome et une capside (capside icosaédrique), résistent beaucoup plus longtemps.

Cela explique l’épidémiologie virale, qui a trait à la transmission des infections virales d’un individu à un autre. Le virus de la fièvre aphteuse est évidemment un virus nu.
Dans le milieu extérieur, les virus à péplos ne vont pas survivre longtemps car ils vont être inactivés par deux facteurs : la température, même la température ordinaire, et la dessiccation.

Cela n’a rien de surprenant : les membranes cellulaires sont détruites dans le milieu extérieur et si les cellules bactériennes y survivent très bien, c’est parce qu’elles protègent leur membrane cytoplasmique par leur paroi. Si une cellule bactérienne se trouve sans paroi (traitement par la pénicilline), la bactérie fragilisée meurt. Les virus à péplos sont aussi fragiles que des bactéries dont on aurait supprimé la paroi !

Dans le tube digestif, le péplos est rapidement dégradé par les enzymes digestives et le pH acide de l’estomac.

Donc, les virus à péplos, comme les virus de la grippe, les virus de la famille des Herpesviridae, ne résistent pas dans les selles. A l’inverse, les poliovirus sont trouvés dans les selles qui sont le moyen essentiel de dissémination de la maladie (contamination fécale-orale). Le péplos n’est pas une cuirasse pour les virus enveloppés, mais leur tendon d’Achille.

De tout ce qui précède, il résulte qu’on peut opposer presque point par point la transmission de la grippe et la transmission de la poliomyélite.
ENVELOPPE ET TRANSMISSION DES VIRUS




Virus à péplos

Virus sans péplos

Stabilité dans l’environnement

0

+

Elimination dans les selles

0

+

Elimination dans la gorge

+

+

Contamination interhumaine directe, respiratoire ou salivaire

+

+

Contamination interhumaine indirecte, fécale-orale

0


+

Température de stockage de longue durée des prélèvements pour isolement

-80°C

-20°C suffit

Inactivation par l’éther

+

-


Des particularités viennent nuancer ce schéma :

— Les coronavirus des gastroentérites, virus enveloppés, sont éliminés dans les selles; celui du SARS aussi !

— Certains virus à enveloppe exigent une inoculation transcutanée:

-les arbovirus : piqûres de moustiques ou de tiques,

-le virus de la rage : morsure d’animal enragé ou contact salivaire sur excoriations cutanées.

— La transmission par contacts étroits intermuqueux, par rapport sexuel, est exigée pour des virus comme le virus de l’herpès simplex de type 2 (HSV 2), l’HIV.

— La contamination sexuelle est l’un des modes de transmission du virus de l’hépatite B, du cytomégalovirus, des virus des papillomes génitaux.

— Les poxvirus ont un ensemble d’enveloppes complexes, ne dérivant pas des membranes cellulaires mais purement virales et synthétisées de novo, et ils sont d’ailleurs particulièrement résistants dans le milieu extérieur. Les orthopoxvirus résistent à l’éther.

— Le virus de l’hépatite B (HBV) a une enveloppe qui, bien qu’acquise au niveau de la membrane cytoplasmique de l’hépatocyte et comprenant outre l’antigène HBs des lipides et protéines cellulaires, ne montre pas en microscopie électronique la bicouche lipidique hérissée des spicules glycoprotéiques des virus à enveloppe classique. D’ailleurs, plus résistant que ces derniers, l’HBV n’est pas inactivé par l’éther et son inactivation par l’hypochlorite de soude exige une concentration élevée de 5 %.
1.1.3.4 La transmission de la grippe

Elle se fait directement par contact rapproché de deux sujets, et par voie aérienne uniquement. On respire les microgouttelettes infectantes projetées par la toux du sujet grippé. Les virus de la grippe ne résistent pas longtemps à l’air. On ne les retrouve pas dans la poussière. Ils ne sont pas excrétés dans les selles ; on ne les retrouve pas dans les eaux usées. On ne s’infecte pas par ingestion mais par inhalation, face au sujet grippé.

D’autre part, la brève survie des virus de la grippe dans l’air, autour des sujets infectés, est favorisée quand l’air est humide et froid, le péplos craignant la chaleur et la dessiccation. Rien d’étonnant à ce que, dans les hémisphères Nord et Sud, la grippe sévisse l’hiver et non l’été.
1.1.3.5 La transmission de la poliomyélite, du virus de l’hépatite A et des entérovirus en général

On a affaire à des virus relativement résistants qui peuvent persister plusieurs jours dans le milieu extérieur, surtout dans l’eau. Ils sont excrétés non seulement dans les microgouttelettes respiratoires mais plus encore dans les selles et cela pendant des semaines. On les trouve donc dans les eaux usées. Ainsi, la transmission se fait de deux façons :

1. comme pour la grippe, par contact direct rapproché, respiratoire, face à un sujet infecté ;

2. mais surtout par contamination indirecte faisant intervenir les selles, par contamination fécale-orale, c’est-à-dire, ingestion du virus avec des aliments contaminés, consommation d’eau contaminée, bains de rivière. La transmission est évidemment favorisée par les mauvaises conditions d’hygiène. Les épidémies de poliomyélite survenaient surtout l’été où l’on se baigne, où l’on consomme des végétaux crus, où les orages perturbent la circulation des eaux usées (normalement les eaux de W.C. passent par des circuits séparés mais en cas d’orage brutal les vannes qui les contiennent sont débordées). Les cas de poliomyélite ne surviennent plus que dans les pays du Tiers Monde où la vaccination fait défaut.

En somme, le virus de la poliomyélite et le virus de l’hépatite A, qui sont des entérovirus, ont à tous égards un mode de propagation superposable à celui des entérobactéries. Chaque fois qu’on étudiera un virus, il vous faudra savoir s’il a ou non un péplos. La nature du génome, ADN ou ARN, intervient pour comprendre la variabilité génétique et la chimiothérapie.

Quant à la conformation de la capside, tubulaire ou icosaédrique, elle a en elle-même peu de conséquence pour ce qui intéresse la virologie médicale, mais il se trouve que tous les virus humains à capside tubulaire ont un péplos et donc une transmission par contacts rapprochés.

Vous verrez deux exceptions importantes à l’équation virus à enveloppe = virus fragile, avec le virus de l’hépatite B (HBV) et les Poxviridae (dont la variole) : ce sont des virus résistants mais, justement, leur enveloppe est très particulière, compacte, bien différente du péplos à bicouche lipidique dérivé par bourgeonnement des membranes cellulaires.
1.1.4 Classification des virus
1. Elle repose désormais sur la structure des virus et non plus sur leur pouvoir pathogène ou leur

taille. Les trois premiers critères de la classification sont, dans l’ordre, la nature de l’acide nucléique du génome (ADN ou ARN), la conformation de la capside (tubulaire ou icosaédrique), et enfin la présence ou l’absence de péplos.

2.Classement ultra-simplifié (non orthodoxe mais suffisante en DCEM 1) des virus selon les critères 1 et 3 seulement.





CLASSIFICATION SIMPLIFIÉE DES VIRUS
A. VIRUS À ADN

Virus à péplos

Virus sans péplos

= Virus herpétiques

Herpes simplex virus 1 & 2 (HSV 1 & 2)

Virus de la varicelle et du zona (VZV)

Cytomégalovirus (CMV)

v. Eptein-Barr (virus EB)

6e, 7e et 8e herpesvirus humains

Herpesvirus simiæ (virus B)*

Adénovirus

Poxvirus

Papillomavirus

Polyomavirus

Parvovirus


Virus de l’hépatite B (HBV) : enveloppe non acquise par bourgeonnement

Poxvirus : virus à enveloppe complexe, non acquise par bourgeonnement, et très résistants.

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