Biologie pour les Majors II

Les virus ne sont pas cellulaires, ce qui signifie qu’ils sont des entités biologiques qui n’ont pas de structure cellulaire. Ils manquent donc de la plupart des composants des cellules, tels que les organites, les ribosomes et la membrane plasmique. Un virion est constitué d’un noyau d’acide nucléique, d’un revêtement protéique externe ou capside, et parfois d’une enveloppe externe constituée de membranes protéiques et phospholipidiques dérivées de la cellule hôte. Les virus peuvent également contenir des protéines supplémentaires, telles que des enzymes, dans la capside ou attachées au génome viral. La différence la plus évidente entre les membres de différentes familles virales est la variation de leur morphologie, qui est assez diverse. Une caractéristique intéressante de la complexité virale est que la complexité de l’hôte n’est pas nécessairement en corrélation avec la complexité du virion. En fait, certaines des structures de virion les plus complexes se trouvent dans les bactériophages — des virus qui infectent les organismes vivants les plus simples, les bactéries.

Types d’acides nucléiques

Contrairement à presque tous les organismes vivants qui utilisent l’ADN comme matériel génétique, les virus peuvent utiliser de l’ADN ou de l’ARN. Le noyau du virus contient le génome — le contenu génétique total du virus. Les génomes viraux ont tendance à être petits, ne contenant que les gènes qui codent pour des protéines que le virus ne peut pas obtenir de la cellule hôte. Ce matériel génétique peut être simple ou double brin. Il peut également être linéaire ou circulaire. Alors que la plupart des virus contiennent un seul acide nucléique, d’autres ont des génomes divisés en plusieurs segments. Le génome de l’ARN du virus de la grippe est segmenté, ce qui contribue à sa variabilité et à son évolution continue, et explique pourquoi il est difficile de développer un vaccin contre celui-ci.

Dans les virus à ADN, l’ADN viral dirige les protéines de réplication de la cellule hôte pour synthétiser de nouvelles copies du génome viral et pour transcrire et traduire ce génome en protéines virales. Les maladies humaines causées par des virus à ADN comprennent la varicelle, l’hépatite B et les adénovirus. Les virus à ADN sexuellement transmissibles comprennent le virus de l’herpès et le virus du papillome humain (VPH), qui a été associé au cancer du col de l’utérus et aux verrues génitales.

Les virus à ARN ne contiennent que de l’ARN comme matériel génétique. Pour répliquer leurs génomes dans la cellule hôte, les virus à ARN doivent coder leurs propres enzymes qui peuvent répliquer l’ARN en ARN ou, dans les rétrovirus, en ADN. Ces enzymes ARN polymérase sont plus susceptibles de faire des erreurs de copie que les ADN polymérases, et font donc souvent des erreurs lors de la transcription. Pour cette raison, les mutations dans les virus à ARN se produisent plus fréquemment que dans les virus à ADN. Cela les amène à changer et à s’adapter plus rapidement à leur hôte. Les maladies humaines causées par les virus à ARN comprennent la grippe, l’hépatite C, la rougeole et la rage. Le virus VIH, qui est transmis sexuellement, est un rétrovirus à ARN.

Morphologie

Les virus se présentent sous de nombreuses formes et tailles, mais ces caractéristiques sont cohérentes pour chaque famille virale. Comme nous l’avons vu, tous les virions ont un génome d’acide nucléique recouvert d’une capside protectrice. Les protéines de la capside sont codées dans le génome viral et sont appelées capsomères. Certains capsides viraux sont de simples hélices ou « sphères » polyédriques, tandis que d’autres ont une structure assez complexe (Figure 1).

En général, les capsides des virus sont classées en quatre groupes: hélicoïdaux, icosaédriques, enveloppés et tête-queue. Les capsides hélicoïdales sont longues et cylindriques. De nombreux virus végétaux sont hélicoïdaux, y compris le TMV. Les virus icosaédriques ont des formes à peu près sphériques, comme celles des poliovirus ou des herpèsvirus. Les virus enveloppés ont des membranes dérivées de la cellule hôte qui entoure les capsides. Les virus animaux, tels que le VIH, sont fréquemment enveloppés. Les virus de la tête et de la queue infectent les bactéries et ont une tête similaire aux virus icosaédriques et une queue en forme de virus hélicoïdaux.

Figure 2. Un virus et sa protéine réceptrice hôte. Le virus VIH lie le récepteur CD4 à la surface des cellules humaines. Les récepteurs CD4 aident les globules blancs à communiquer avec d’autres cellules du système immunitaire lors de la production d’une réponse immunitaire. (crédit: modification du travail par NIAID, NIH)

De nombreux virus utilisent une sorte de glycoprotéine pour se fixer à leurs cellules hôtes via des molécules sur la cellule appelées récepteurs viraux. Pour ces virus, la fixation est nécessaire pour une pénétration ultérieure de la membrane cellulaire; ce n’est qu’après la pénétration que le virus peut compléter sa réplication à l’intérieur de la cellule. Les récepteurs utilisés par les virus sont des molécules qui se trouvent normalement à la surface des cellules et qui ont leurs propres fonctions physiologiques. Il semble que les virus aient simplement évolué pour utiliser ces molécules pour leur propre réplication. Par exemple, le VIH utilise la molécule CD4 sur les lymphocytes T comme l’un de ses récepteurs (Figure 2). CD4 est un type de molécule appelée molécule d’adhésion cellulaire, qui fonctionne pour maintenir différents types de cellules immunitaires à proximité les unes des autres pendant la génération d’une réponse immunitaire des lymphocytes T.

L’un des virions les plus complexes connus, le bactériophage T4 (qui infecte la bactérie Escherichia coli), a une structure de queue que le virus utilise pour se fixer aux cellules hôtes et une structure de tête qui abrite son ADN.

L’adénovirus, un virus animal non enveloppé qui provoque des maladies respiratoires chez l’homme, utilise des pointes de glycoprotéines dépassant de ses capsomères pour se fixer aux cellules hôtes. Les virus non enveloppés comprennent également ceux qui causent la poliomyélite (poliovirus), les verrues plantaires (papillomavirus) et l’hépatite A (virus de l’hépatite A).

Les virions enveloppés, tels que le virus de la grippe, sont constitués d’acide nucléique (ARN dans le cas de la grippe) et de protéines de capside entourées d’une enveloppe bicouche de phospholipides contenant des protéines codées par le virus. Les glycoprotéines incorporées dans l’enveloppe virale sont utilisées pour se fixer aux cellules hôtes. Les autres protéines d’enveloppe sont les protéines matricielles qui stabilisent l’enveloppe et jouent souvent un rôle dans l’assemblage des virions de descendance. La varicelle, le VIH et les oreillons sont d’autres exemples de maladies causées par des virus avec des enveloppes. En raison de la fragilité de l’enveloppe, les virus non enveloppés sont plus résistants aux changements de température, de pH et de certains désinfectants que les virus enveloppés.

Dans l’ensemble, la forme du virion et la présence ou l’absence d’enveloppe nous renseignent peu sur la maladie que le virus peut causer ou sur les espèces qu’il pourrait infecter, mais ils restent des moyens utiles pour commencer la classification virale (Figure 3).

Question pratique

Figure 3. Virus Complexes. Les virus peuvent être de forme complexe ou relativement simple. Cette figure montre trois virions relativement complexes : le bactériophage T4, avec son groupe de tête contenant de l’ADN et ses fibres de queue qui se fixent aux cellules hôtes; l’adénovirus, qui utilise des pointes de sa capside pour se lier aux cellules hôtes; et le virus de la grippe, qui utilise des glycoprotéines intégrées dans son enveloppe pour se lier aux cellules hôtes. Le virus de la grippe possède également des protéines matricielles, internes à l’enveloppe, qui aident à stabiliser la forme du virion. (crédit « bactériophage, adénovirus »: modification des travaux du NCBI, NIH; crédit « virus de la grippe »: modification des travaux de Dan Higgins, Centers for Disease Control and Prevention)

Laquelle des déclarations suivantes sur la structure du virus est vraie?

1. Tous les virus sont enfermés dans une membrane virale.
2. Le capsomère est constitué de petites sous-unités protéiques appelées capsides.
3. L’ADN est le matériel génétique de tous les virus.
4. Les glycoprotéines aident le virus à se fixer à la cellule hôte.

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L’instruction d est vraie.

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