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Virus en rade de Brest

Dans un millilitre d'eau de mer des zones côtières, il y a entre un million et un milliard de particules virales. C'est une découverte récente. De plus, les virus ne sont pas forcement minuscules, on vient de découvrir de gros virus mimivirus à la taille comparable à celle de bactéries qui peuvent être parasitées par d'autres virus plus petits.

Ces découvertes sont susceptibles de remettre en cause notre représentation du Vivant. Déjà la découverte des archéobactéries avait obligé à diviser le Vivant en trois règnes : cellules à noyau, bactéries, archées. Demain, peut-être faudra-t-il rajouter un quatrième règne du vivant basé sur les mimivirus.

J'ai voulu en savoir un peu plus sur les virus. Voyons ce qu'en écrit Pierre [1] de l'IUT de Lorient.

Sommaire

qu'est-ce qu'un virus ?

Les virus sont des particules extrêmement petites (diamètre compris entre 15 et quelques centaines de nanomètres), constituées d'un acide nucléique ARN ou ADN (mono ou bicaténaire) inclus dans une capside protéique.

Les virus sont des parasites obligatoires des cellules vivantes. Ils ne peuvent se développer qu'avec la collaboration forcée de leur hôte.

La forme libre du virus, c'est-à-dire hors de l'hôte, est appelée virion. Cette forme contient peu ou pas d'enzymes et ne peut se reproduire indépendamment d'une cellule vivante.

Dans la forme intracellulaire, le virus se comporte comme un acide nucléique en réplication, détournant le métabolisme de l'hôte vers la synthèse des composants viraux qui s'arrangent et composent des particules virales complètes et peuvent être libérées.

Particularités des virus

Les virus occupent une étrange région indéterminée entre le vivant et le non vivant.

Ils ressemblent au vivant puisqu'ils ont du matériel génétique et sont capables de mutations et de recombinaisons. Ils peuvent donc évoluer et s'adapter à des milieux en changement. Mais en même temps, les virus sont acellulaires. Ils ne possèdent ni ribosomes, ni machinerie métabolique leur permettant de synthétiser des protéines et de générer de l'énergie.

En l'absence de ces composants, les virus ne peuvent se reproduire qu'à l'intérieur de cellules hôtes et même alors, leur mode de reproduction est unique.

On sait que les cellules se reproduisent en augmentant de taille, puis en se divisant en deux nouvelles cellules, chacune renfermant un assortiment complet des composants nécessaires à la vie.

Les virus, par contre, sont désassemblés en leurs composants, c'est-à-dire en protéines et acide nucléique ; la machinerie métabolique de la cellule hôte produit alors quelques dizaines à quelques centaines de génomes viraux et autant de capsides protéiques qui constitueront les nouvelles enveloppes virales. Tous ces composants sont ensuite assemblés et produisent de nouvelles particules virales définitives.

Les virus ne croissent pas. Il semble qu'ils n'obéissent pas aux lois de la thermodynamique qui s'appliquent aux systèmes ouverts.

Par ailleurs, les virus peuvent être cristallisés. C'est là une propriété des minéraux et des molécules organiques complexes, mais pas de la cellule vivante. Placés dans de bonnes conditions d'humidité et en présence de cellules vivantes, les virus cristallisés deviennent rapidement infectieux et se mettent à produire de nouvelles particules virales.

L'origine des virus

L'origine évolutive des virus reste largement inconnue. Trois hypothèses sont généralement avancées.

La première propose que les virus soient des vestiges de l'évolution qui ne se seraient pas développés en cellules. Mais le fait que les virus n'obéissent pas aux lois de la thermodynamique ne permet pas de retenir cette hypothèse.

La seconde propose que les virus aient simplifié leur structure du fait de leur mode de vie comme parasites intracellulaires, se débarrassant de la plupart de leurs constituants initiaux pour ne conserver que leur capside et leur matériel génétique.

La troisième hypothèse propose que les virus seraient des gènes déserteurs qui doivent revenir dans leurs cellules d'origine pour s'y répliquer. Les tenants de cette hypothèse s'appuient sur le fait qu'il y a plus de similarité génétique entre un virus et une cellule hôte qu'il n'y en a entre deux virus différents.

L'intérêt des virus

Si l'on se place au seul point de vue que les virus, en détruisant les cellules hôtes qu'ils infectent, provoquent des maladies graves ou des tumeurs, chez l'homme, les animaux qu'il élève ou les plantes qu'il cultive, les virus ne sont pas très intéressants...

Mais il est indéniable que les virus jouent un rôle fondamental (même s'il est encore trop mal connu) sur l'évolution des cellules vivantes. Beaucoup de génomes viraux s'intègrent pendant un certain temps au génome de la cellule hôte, quand ils sont plus tard excisés et emballés dans de nouvelles particules virales, ils peuvent emmener avec eux des gènes de la cellule hôte. Les virus peuvent donc transporter et incorporer ces gènes à d'autres individus, voire à d'autres espèces. Cette hypothèse est d'ailleurs vérifiée puisque de nombreux gènes viraux sont devenus des parties intégrantes des génomes de la plupart des espèces vivantes. Il est donc probable que les virus aient fourni les gènes de protéines et d'enzymes importantes aux cellules actuelles.

Pendant longtemps, on a pensé que les océans étaient largement dépourvus de virus. Cela tenait au fait qu'on ne savait pas les isoler. Depuis qu'on a découvert des techniques d'ultracentrifugation très performantes, on sait qu'il y aurait entre cent millions et un milliard de particules virales par millilitre d'eau de mer !

Ces virus sont probablement pour leur majorité des bactériophages dont le rôle serait de contrôler les populations de bactéries marines et par voie de conséquence d'interférer sur les grands cycles biogéochimiques marins (cycle du carbone, du phosphore, du soufre, etc.) et de réguler les flux de matière et d'énergie dans les océans.

Structure des virus

Tous les virions, même ceux qui possèdent d'autres constituants sont construits autour d'une nucléocapside central. Celle-ci est composée d'un acide nucléique ADN ou ARN, enfermé dans une capside protéique. Il existe quatre types de capsides.

Les capsides de forme icosaédrique. Un icosaèdre est un polyèdre régulier avec vingt faces triangulaires équilatérales et douze sommets (Adénovirus).

Les capsides hélicoïdales. Elles forment un cylindre protéique creux. Elles sont rigides ou flexibles (Mosaïque du tabac).

Les capsides enveloppées. L'enveloppe est une couche membranaire, souvent hérissée de spicules, qui confère au virus une forme sphérique, même si la capside est hélicoïdale ou icosaédrique (Virus de la grippe).

Les capsides complexes. Ces capsides présentent une symétrie qui n'est ni complètement icosaédrique, ni complètement hélicoïdale. Ces capsides peuvent porter des queues (Bactériophages) ou des parois complexes multicouches (Poxvirus de la vaccine).

Les cycles biologiques viraux

On connaît chez les virus trois types de cycles reproductifs : le cycle lytique, le cycle lysogène et le cycle à libération continue. Les deux premiers cycles concernent presque exclusivement des bactériophages.

Le cycle lytique se déroule quand un virus envahit une cellule, se reproduit, puis se disperse par suite de la lyse de la cellule hôte. Une cellule envahie par un virus lytique est presque invariablement tuée en un court laps de temps.

Le cycle lysogène se déroule quand un virus virulent ou lytique combine son matériel génétique avec celui de la cellule hôte et devient de ce fait dormant. L'ADN du virus se réplique en même temps que celui de la cellule hôte laquelle porte le nom de cellule lysogène ; le virus ou phage est appelé prophage. Certains stimulus conduisent le prophage à devenir virulent et à entamer un cycle lytique. La cellule lysogène est lysée et les particules virales sont libérées.

Certaines bactéries lysogènes sont d'une grande importance pour la santé humaine. Par exemple, la bactérie responsable de la diphtérie, Corynebacterium diphtheriae, n'élabore la toxine responsable de cette maladie que si son ADN est infecté par un prophage portant le gène qui code la toxine diphtérique. On note le même phénomène chez Clostridium botulinum, responsable du botulisme et chez Streptococcus pyogenes, l'agent de la scarlatine.

Le cycle à libération continue est le fait de quelques phages et de beaucoup de virus animaux. Ces virus se reproduisent et sont libérés sans interruption par des cellules hôtes qui demeurent intactes.

Les virus pénètrent dans la cellule par endocytose. La vésicule d'endocytose fusionne avec un lysosome qui permet la libération de la capside virale, laquelle peut libérer son matériel génétique dans le cytoplasme de la cellule hôte. Le matériel génétique est répliqué et utilisé pour produire de nouvelles capsides incluant du matériel génétique viral pour former des nucléocapsides. Celles-ci sont transportées par le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi de la cellule hôte jusqu'à la membrane plasmique où la particule virale bourgeonne et est libérée, entouré d'une enveloppe membranaire provenant de la cellule hôte.

Les virus de la grippe, des oreillons, de la rougeole ou de la rage ont de tels cycles à libération continue.

Les virus à ADN

Chez les virus à ADN, sitôt que celui-ci est présent dans une cellule hôte, il s'incorpore au génome de la cellule et en détourne le fonctionnement à son seul profit.

Une phase lytique complète qui va produire une centaine de virions nouveaux et s'achever par la lyse de la cellule dure une vingtaine de minutes.

Un certain nombre de virus à ADN établissent des infections chroniques ou latentes qui peuvent durer plusieurs dizaines d'années. C'est le cas pour les virus de l'hépatite B, des herpesvirus, du virus de la rougeole, du virus d'Epstein Barr, du virus de la varicelle.

Au cours des infections virales latentes, le virus arrête de se multiplier et reste latent pendant un certain temps avant de redevenir actif. Ainsi le virus de l'herpès simplex reste latent dans les ganglions avant de se réactiver et donner des boutons de fièvre. Le virus de la varicelle, après des années d'inactivité, donne lieu à une maladie de peau : le zona.

Un petit nombre de virus (probablement variants) occasionnent des infections qui se déroulent extrêmement lentement. C'est le cas pour le virus de la rougeole qui, dix à vingt ans après l'apparition de la maladie, provoque une dégénérescence du cerveau (Panencéphalite sclérosante subaiguë).

Les virus à ARN

On distingue généralement trois types de virus à ARN.

Dans le premier, la chaîne d'ARN sert directement d'ARN messager, permettant la fabrication de nouveaux virus par la cellule hôte (Virus de la poliomyélite).

Une équipe de microbiologistes américains vient de mettre au point un virus de la poliomyélite de synthèse (Juillet 2002). L'équipe du Professeur Eckart Wimmer a mis au point ce virus à partir des données sur le génome de ce virus telles qu'on peut les obtenir sur Internet et avec du matériel acheté par correspondance ! Le professeur Wimmer insiste sur le fait qu'avec relativement peu de moyens et quelques connaissances scientifiques, tout à chacun pourrait "s'amuser" à fabriquer de tels organismes. Notons que depuis déjà plusieurs années, on a mis au point un virus dans lequel on a inclus la séquence de gène qui programme la fabrication d'un venin de scorpion.

Dans le deuxième, celui des rétrovirus, la chaîne d'ARN est recopiée sous forme d'ADN qui s'intègre dans les chromosomes de la cellule hôte d'où il dirige la synthèse de nouveau virus (Virus du SIDA).

Le SIDA provoque une diminution des défenses immunitaires et rend les individus extrêmement vulnérables face à l'attaque d'agents infectieux. Transmis par le sang et les sécrétions sexuelles, ce rétrovirus s'attaquent aux lymphocytes T4, composants essentiels du système immunitaire. Le virus responsable (VIH) a été isolé en 1984. Un second virus (VIH 2), moins fréquent, est également connu. En 2002, on estime à plus de vingt millions le nombre de victimes de cette épidémie. On estime que vers 2010, le SIDA aura fait plus de soixante-dix millions de victimes, ce qui en fera la plus terrible épidémie que l'espèce humaine aura connue.

Dans le troisième, l'ARN doit être transcrit sous forme d'ARN complémentaire qui pourra servir d'ARN messager dans la cellule hôte (Virus de la grippe).

Le virus de la grippe est un orthomyxovirus. Comme la plupart des virus à ARN, c'est un virus enveloppé d'une membrane de nature lipidique qui, en fusionnant avec la membrane cytoplasmique, lui permet de pénétrer dans la cellule hôte. L'ARN du virus est transcrit en ARN messager par une enzyme (transcriptase), lequel peut être copié (répliqué) en ARN viral ou traduit en protéines virales (capside). Ces différents éléments s'assemblent à proximité de la membrane cellulaire dans laquelle viennent s'intégrer des glycoprotéines virales pour constituer une enveloppe virale.

La grippe se manifeste par une forte fièvre d'installation rapide, accompagnée d'algies diverses (maux de tête, courbatures, etc.), d'asthénie et de troubles respiratoires. Elle peut être grave chez les sujets âgés, les enfants, les diabétiques, les sujets immunodéprimés. Les conséquences socio-économiques de cette affection sont très importantes (absentéisme). La vaccination reste l'arme la plus efficace pour combattre la grippe, même si, du fait des nombreuses mutations du virus, elle doit être refaite tous les ans.

Les bactériophages

La plupart des bactériophages sont des virus à ADN double brin, non enveloppés (Myovirus, Siphovirus, Podovirus, Tectivirus, Corticovirus). Les plasmavirus sont des virus à ADN double brin enveloppés. Les inovirus et les microvirus sont des virus à ADN simple brin. Les cystovirus sont des virus à ARN double brin. Les levivirus sont des virus à ARN simple brin.

On classe également les bactériophages en fonction de leur morphologie : les phages icosaédriques sans queue, les virus à queue contractile, les virus à queue non contractile et les phages filamenteux.

Dans l'industrie fromagère, on utilise fréquemment des bactéries lactiques (Lactococcus lactis et L. cremoris). Un des problèmes majeurs qui se pose aux producteurs est que ces bactéries sont régulièrement infectées par des bactériophages et que la production d'acide lactique à partir du lactose s'arrête rapidement, rendant la fabrication du caillé impossible. Les industriels sont donc contraints à changer souvent leurs levains, à utiliser des souches résistantes aux phages et à des techniques aseptiques pour réduire la contamination en phages.

La recherche de bactéries pathogènes nécessite souvent la mise en œuvre de cultures difficiles et longues, quelquefois incompatibles avec l'urgence d'un diagnostic sérologique. La détection des phages est souvent plus facile. Comme les phages sont très spécifiques des bactéries qu'ils infectent, leur présence permet à coup sûr de suspecter la présence des bactéries indésirables.

Les viroses animales et végétales

La première étape de l'infection virale met en cause l'attachement de protéines virales avec des récepteurs spécifiques de la surface d'une cellule hôte. À cause de cette spécificité, les virus ne peuvent attaquer que des types particuliers de cellules chez une espèce d'hôte déterminée. Par exemple, le virus de la poliomyélite ne peut infecter que les cellules nerveuses des humains et de quelques primates. Le virus de la grippe n'attaque que les cellules qui tapissent les voies respiratoires...

La mosaïque du tabac, la nécrose du tabac, la mosaïque de la luzerne, le nanisme du riz ou la frisolée de la betterave sont des exemples de viroses végétales. Les virus sont propagés par le vent ou par des insectes.

Il est habituellement impossible de soigner les viroses végétales. Seul le brûlage des plants infectés peut réduire ou enrayer l'épidémie.

Comme les cellules végétales sont protégées par des parois celluloso-pectiques, les virus ne peuvent infecter de nouvelles plantes qu'à la faveur d'une blessure laquelle est le plus souvent provoquée par des insectes piqueurs (pucerons, cicadelles, etc.) ou broyeurs (criquets, etc.), des champignons parasites, de nématodes, etc.

On connaît des virus chez tous les groupes de végétaux, y compris chez les mycètes ou les algues unicellulaires.

On connaît aussi de très nombreux virus qui infectent des insectes. On utilise trois groupes de virus comme insecticides (lutte biologique) : les virus de la polyédrose nucléaire, de la granulose et de la polyédrose cytoplasmique. Ces virus ne semblent pas se répliquer chez les animaux homéothermes.

Le cancer et les virus

Les cancers sont un des problèmes médicaux les plus graves. Ils font l'objet d'un intérêt et de recherches énormes.

Une tumeur est une masse de tissus résultant d'une néoplasie, c'est-à-dire d'un développement et d'une multiplication anormale de cellules nouvelles dus à des dérégulations dans les relations entre le cytoplasme et le noyau de la cellule.

Il y a deux types majeurs de tumeurs : les tumeurs dites bénignes, lorsque les cellules tumorales restent en place et les tumeurs dites malignes, lorsque les cellules tumorales migrent dans l'organisme, établissant des tumeurs secondaires (métastases).

Les gènes responsables des cancers sont appelés oncogènes. Ce sont des gènes mutants. La mutation peut être induite par le vieillissement, par des substances absorbées (cancérogènes) dans l'alimentation, dans l'exercice d'une profession, etc. ou par des infections virales.

On connaît au moins deux rétrovirus responsables de leucémies humaines (HTLV I et HTLV II) ; l'herpesvirus d'Epstein Barr est responsable d'un cancer du pharynx ; le virus de l'hépatite B est associé à un cancer du foie ; etc.

Il est très probable que de très nombreux cancers humains soient imputables à des virus, sans pour autant que l'on puisse en apporter la preuve pour l'instant... De la même façon que l'on a découvert, récemment, l'implication de virus dans de nombreuses autres maladies auxquelles on n'attribuait pas de causes virales auparavant, comme le diabète juvénile (virus Coxackie), le diabète de la maturité (virus de la chorioméningite lymphocytaire), l'athérosclérose (herpesvirus) ou l'arthrose (parvovirus humain).

Mais revenons à nos virus marins, il semble qu'ils soient présents partout et qu'ils jouent un rôle considérable dans le controle des blooms planctoniens ou dans les cycles trophiques à grande profondeur. Parfois ils sont à l'origine, même si des facteurs climatiques particuliers ont pu jouer un rôle, d'épidémies redoutables pour les espèces à vocation économique comme celle qui a atteint les jeunes huîtres creuses en 2008 sur la façade maritime française. Selon L'Ifremer[2]

Les travaux menés en pathologie montrent de manière tangible que les mortalités anormales d'huîtres seraient dues au virus OsHV-1. Néanmoins, des analyses complémentaires vont permettre de s'assurer qu'il n'existe pas d'autre virus, jusque là non identifié, à l'origine des mortalités.

Tantôt on s'inquiète de la prolifération excessive des huîtres échappées d'élevage, tantôt c'est un virus qui semble détruire ces mêmes mollusques. La nature avec ses crises et sa régulation chaotique a bien du mal à correspondre à nos souhaits économiques. Mais qui peut affirmer aujourd'hui que l'économie se régule beaucoup mieux ?

Notes et références

  1. Texte publié sous licence CC-BY-NC tiré du site http://www.ecosociosystemes.fr
  2. Conclusions de L'Ifremer sur les mortalités d'huîtres observées en 2008

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