Virus

Les virus présentent de nombreuses structures génomiques. En tant que groupe, ils présentent une plus grande diversité génomique structurelle que les plantes, les animaux, les archées ou les bactéries. Il existe des millions de types de virus différents, mais seuls quelque 5 000 d'entre eux ont été décrits en détail. ⁴⁹

Un virus possède des gènes d'ARN ou d'ADN et est appelé respectivement virus à ARN ou virus à ADN. La grande majorité des virus ont un génome à ARN. Les virus des plantes ont tendance à avoir des génomes d'ARN simple brin et les bactériophages ont tendance à avoir des génomes d'ADN double brin. ^96/99

Les populations virales ne se développent pas par division cellulaire, car elles n'ont pas de cellules. Elles utilisent plutôt la machinerie et le métabolisme d'une cellule hôte pour produire de nombreuses copies d'elles-mêmes, et elles s'assemblent (s'assemblent) dans la cellule.

Le cycle de vie des virus diffère considérablement d'une espèce à l'autre, mais il comporte six étapes fondamentales:^75/91

• L'attachement est une liaison spécifique entre les protéines de la capside virale et des récepteurs spécifiques à la surface cellulaire de l'hôte.
• La pénétration suit l'attachement : Les virus (particules virales uniques) pénètrent dans la cellule hôte par endocytose à médiation par récepteur ou par fusion membranaire. C'est ce qu'on appelle souvent l'entrée virale.
  L'infection des cellules végétales et fongiques est différente de celle des cellules animales. Les plantes ont une paroi cellulaire rigide faite de cellulose, et les champignons, de chitine. Cela signifie que la plupart des virus ne peuvent pénétrer à l'intérieur de ces cellules que par la force. ⁷⁰ Un exemple serait : un virus voyage sur un insecte vecteur qui se nourrit de la sève de la plante. Les dommages causés aux parois cellulaires permettraient au virus de pénétrer à l'intérieur.
  Les bactéries, comme les plantes, ont des parois cellulaires solides qu'un virus doit traverser pour infecter la cellule. Cependant, les parois cellulaires des bactéries sont beaucoup plus fines que celles des plantes, et certains virus ont des mécanismes qui injectent leur génome dans la cellule bactérienne à travers la paroi cellulaire, tandis que la capside virale reste à l'extérieur. ⁷¹
• Le décapage est un processus au cours duquel la capside virale est retirée : Cela peut se faire par dégradation par des enzymes virales ou des enzymes de l'hôte ou par simple dissociation ; le résultat final est la libération de l'acide nucléique viral.
• La réplication des virus implique la multiplication du génome. Cela nécessite généralement la production d'ARN messager viral (ARNm) à partir des "premiers" gènes. Pour les virus complexes ayant un génome plus important, cette étape peut être suivie d'un ou plusieurs cycles supplémentaires de synthèse d'ARNm : l'expression des gènes "tardifs" est celle des protéines de structure ou de virion.
• Suite à l'auto-assemblage des particules virales par l'intermédiaire de leur structure, il arrive souvent que les protéines soient modifiées. Dans les virus tels que le VIH, cette modification (parfois appelée maturation) se produit après que le virus ait été libéré de la cellule hôte.
• Les virus peuvent être libérés de la cellule hôte par lyse, un processus qui tue la cellule en faisant éclater sa membrane et sa paroi cellulaire. C'est une caractéristique de nombreux virus bactériens et de certains virus animaux.
  Dans certains virus, le génome viral est placé par recombinaison génétique à un endroit précis du chromosome de l'hôte. Le génome viral est alors connu sous le nom de "provirus" ou, dans le cas des bactériophages, de "prophète". ⁶⁰
   Chaque fois que l'hôte se divise, le génome viral est également répliqué. Le génome viral est généralement silencieux chez l'hôte ; cependant, à un moment donné, le provirus ou le prophète peut donner naissance à un virus actif, qui peut lyser les cellules hôtes. ^{chapitre 15 Les} virus
   enveloppés (par exemple le VIH) sont généralement libérés de la cellule hôte après que le virus a acquis son enveloppe
  . L'enveloppe est un morceau modifié de la membrane plasmique de l'hôte. ^185/7

Matériel génétique et réplication

Le matériel génétique des particules virales et la méthode de réplication de ce matériel varient considérablement selon les différents types de virus.

Virus à ARN

La réplication a généralement lieu dans le cytoplasme. Les virus à ARN peuvent être classés en quatre groupes différents en fonction de leur mode de réplication. Tous les virus à ARN utilisent leurs propres enzymes de réplication de l'ARN pour créer des copies de leurs génomes. ⁷⁹

Virus de l'ADN

La réplication du génome de la plupart des virus à ADN a lieu dans le noyau de la cellule. La plupart des virus à ADN dépendent entièrement des mécanismes de synthèse de l'ADN et de l'ARN de la cellule hôte, ainsi que des mécanismes de traitement de l'ARN. Les virus dont le génome est plus volumineux peuvent coder eux-mêmes une grande partie de ces mécanismes. Chez les eucaryotes, le génome viral doit traverser la membrane nucléaire de la cellule pour accéder à cette machinerie, alors que chez les bactéries, il n'a qu'à entrer dans la cellule. ⁵⁴⁷⁸

La transcription inverse des virus

Les virus à transcription inverse avec génomes d'ARN (rétrovirus) utilisent un intermédiaire d'ADN pour se répliquer. Ceux qui ont des génomes d'ADN (pararetrovirus) utilisent un intermédiaire d'ARN pendant la réplication du génome. Ils sont sensibles aux médicaments antiviraux qui inhibent l'enzyme de la transcriptase inverse. Un exemple du premier type est le VIH, qui est un rétrovirus. Les Hepadnaviridae, qui comprennent le virus de l'hépatite B, sont des exemples du second type. ^88/9

Le système immunitaire inné

La première ligne de défense de l'organisme contre les virus est le système immunitaire inné. Celui-ci est constitué de cellules et d'autres mécanismes qui défendent l'hôte contre toute infection. Les cellules du système inné reconnaissent les agents pathogènes et y répondent de manière générale.

L'interférence de l'ARN est une importante défense innée contre les virus. De nombreux virus ont une stratégie de réplication qui implique un ARN double brin (ARNdb). Lorsqu'un tel virus infecte une cellule, il libère sa molécule d'ARN. Un complexe protéique appelé "dicer" s'y colle et coupe l'ARN en morceaux. Ensuite, une voie biochimique, appelée complexe RISC, se met en place. Celle-ci attaque l'ARNm viral, et la cellule survit à l'infection.

Les rotavirus évitent cette situation en ne retirant pas complètement le revêtement à l'intérieur de la cellule et en libérant l'ARNm nouvellement produit par les pores de la capside interne de la particule. L'ARNd génomique reste protégé à l'intérieur du noyau du virion.

La production d'interféron est un important mécanisme de défense de l'hôte. Il s'agit d'une hormone produite par l'organisme en présence de virus. Son rôle dans l'immunité est complexe ; elle finit par arrêter la reproduction des virus en tuant la cellule infectée et ses proches voisins.

Système immunitaire adaptatif

Les vertébrés ont un deuxième système immunitaire, plus spécifique. Il s'agit du système immunitaire adaptatif. Lorsqu'il rencontre un virus, il produit des anticorps spécifiques qui se lient au virus et le rendent non infectieux. Deux types d'anticorps sont importants.

La première, appelée IgM, est très efficace pour neutraliser les virus mais n'est produite par les cellules du système immunitaire que pendant quelques semaines. Le second, appelé IgG, est produit indéfiniment. La présence d'IgM dans le sang de l'hôte est utilisée pour tester une infection aiguë, tandis que les IgG indiquent une infection survenue dans le passé. L'anticorps IgG est mesuré lors des tests d'immunité.

Un autre moyen de défense des vertébrés contre les virus est l'immunité à médiation cellulaire. Elle implique des cellules immunitaires appelées cellules T. Les cellules de l'organisme présentent constamment de courts fragments de leurs protéines à la surface de la cellule et, si une cellule T y reconnaît un fragment viral suspect, la cellule hôte est détruite par les cellules T tueuses et les cellules T spécifiques du virus prolifèrent. Les cellules telles que les macrophages sont des spécialistes de cette présentation de l'antigène.

Éviter le système immunitaire

Toutes les infections virales ne produisent pas une réponse immunitaire protectrice. Ces virus persistants échappent au contrôle immunitaire en se séquestrant (en se cachant), en bloquant la présentation de l'antigène, en résistant aux cytokines, en échappant à l'activité des cellules tueuses naturelles, en échappant à l'apoptose (mort cellulaire) et au déplacement antigénique (modification des protéines de surface). Le VIH échappe au système immunitaire en changeant constamment la séquence d'acides aminés des protéines à la surface du virion. D'autres virus, appelés virus neurotropes, se déplacent le long des nerfs vers des endroits que le système immunitaire ne peut pas atteindre.

Les virus n'appartiennent à aucun des six royaumes. Ils ne remplissent pas toutes les conditions pour être classés comme organisme vivant car ils ne sont pas actifs jusqu'au point d'infection. Toutefois, il ne s'agit là que d'un point de vue verbal.

De toute évidence, leur structure et leur mode de fonctionnement signifient qu'ils ont évolué à partir d'autres êtres vivants, et la perte de structure normale se produit dans de nombreux endoparasites. Les origines des virus dans l'histoire de l'évolution de la vie ne sont pas claires : certains peuvent avoir évolué à partir de plasmides - des morceaux d'ADN qui peuvent se déplacer entre les cellules - tandis que d'autres peuvent avoir évolué à partir de bactéries. Dans l'évolution, les virus sont un moyen important de transfert horizontal de gènes, qui augmente la diversité génétique.

Un projet récent a permis de découvrir près de 1500 nouveaux virus à ARN en échantillonnant plus de 200 espèces d'invertébrés. "L'équipe de recherche... a extrait leur ARN et, grâce à un séquençage de nouvelle génération, a déchiffré la séquence d'un nombre stupéfiant de 6 billions de lettres présentes dans les banques d'ARN d'invertébrés". Les recherches ont montré que les virus modifiaient des morceaux de leur ARN par divers mécanismes génétiques. "Le virome invertébré montre une flexibilité génomique remarquable qui comprend une recombinaison fréquente, un transfert de gènes latéral entre les virus et les hôtes, un gain et une perte de gènes, et des réarrangements génomiques complexes".

Un groupe de grands virus infecte les amibes. Le plus grand est le Pithovirus. Les autres, par ordre de taille, sont Pandoravirus, puis Megavirus, puis Mimivirus. Ils sont plus gros que certaines bactéries et sont visibles au microscope optique.

Les virus sont largement utilisés en biologie cellulaire. Les généticiens utilisent souvent les virus comme vecteurs pour introduire des gènes dans les cellules qu'ils étudient. Ceci est utile pour faire produire une substance étrangère à la cellule, ou pour étudier l'effet de l'introduction d'un nouveau gène dans le génome. Les scientifiques d'Europe de l'Est utilisent depuis un certain temps la thérapie par les phages comme alternative aux antibiotiques, et cette approche suscite un intérêt croissant, en raison du niveau élevé de résistance aux antibiotiques que l'on trouve maintenant chez certaines bactéries pathogènes.