introduction à la virologie

ARN => ADNSzathmary E, Maynard Smith J. 1995

Virologie et EmpirismeDés 1881 :=>Pasteur montre que la rage est transmise par un agent nerespectant aucun des 3 critères :• Invisible au microscope• Ne se réplique pas dans un milieu nutritif• Pas retenu par le filtre Chamberland=> Il propage l’agent en inoculant à des cerveaux de lapins trépanés desextraits de cerveaux de chien porteurs de la rage=> Il passe des extraits de cerveaux d’un lapin à un autre=> jusqu’à ce que la pathologie soit toujours la mêmesur les lapins épreuvesCulture de VirusClonage ViralAnimal de Laboratoire

Virologie et EmpirismeLe 6 juin 1885,Rue d’ULM, Le Dr Gaucher avec Pasteur,⇒ Première vaccination antirabique avec extraits de cerveauxinactivés.⇒ Joseph Meister est sauvé après 3 mois de traitement⇒Vaccination de 300 patients mordus par un chien enragé 1 seuldécès⇒Académie des Sciences⇒ Application systématique⇒ Eradication de la rage en région parisienne

Virologie et EmpirismeRéalité est moins gratifiante pour PasteurPasteur Scientifique Chimiste (pasteurisation, asepsie, diffraction levogyredextrogyre etc…)Pasteur en Virologie => Grand Communiquant=> a utilisé sa notoriété pour affirmer des dogmes etprésenter à son compte des idées d’autres scientifiques.Episode médicale => Vaccination sujet à controverses⇒ Hypothèse vaccin rage déjà présentée à Acad.des Sci.par Pr à P-V GALTIER(Ecole Vétérinaire de Lyon), mais reprise à son compte par Pasteur…⇒ Premier vaccin moderne contre le charbon => pas Pasteur mais Pr. H.TOUSSAINT (Ecole Vétérinaire de Toulouse)...

Virologie et EmpirismeLes Dogmes Pasteuriens ont influencés toute l’approche Médicale jusqu’à nosjoursDogme Pasteurien ==> seul le micro-organisme était pris en compteLongtemps : Vaccination seule arme contre les virusAntoine Béchamp (Montpellier) approches de la microbiologie non empirique,=> à l’origine des travaux sur le ver à soie qui ont fait lanotoriété de Pasteur=> la théorie mycrozimienne: tient compte de la part del’hôte dans la maladie ou l’immunité=> Mycrozimas : corpuscules propres à chacun influant surla maladie=> écologie du microbe dans le contexte de l’hôte=> influence de l’hôte sur le microorganismeNotion plus actuelle de la Virologie/Microbiologie

Virologie/VirusNotion de Virus fin de l’empirisme?Ivanovski en 1892 montre que la sève d’une plante infectée par le TMV (virusde la mosaïque du tabac) filtrée sur filtre chamberland reproduisait la maladiesur une plante saineNotion de toxine d’une plante à l’autreTraitement à l’alcool élimine l’effet

Virologie/VirusBeijerinick en 1898 => reprend les essaismais reproduit plusieurs passages successifsNotion d’agent filtrable transmitStable après plusieurs jours sur la paillasseContagium vivum fluidum (fluide vivant contagieux)=>Notion moderne de virusFreidrich Loeffler & Paul Frosch en 1898=> Notion identique d’agent filtrable responsable de la fièvre aphteuse=> Par transmission successive sur du bétail

Virologie/VirusNotion de VirusJohn Buist en 1886 Dr écossais premier à avoir vu un virusvirus de la Variole à partir de liquide de lésions=> microscopie optiqueDéfini comme « Particules élémentaires »1940 Helmuth Ruska Visualise par microscopie électroniquela première particule virale de cawpox

Virologie/VirusNotion de VirusKarl Landsteiner en 1908 et Erwin Popper ont montré pour la première foisque des virus pouvaient être responsables de pathologie strictement humaine=> PoliomyéliteFrancis Peyton Rous en1911 montre pour la première fois sur des volaillesqu’un virus pouvait donner un cancer=> Recherche médicale obnubilée par virus et Cancer=> 1981 découverte du HTLV1 et de son lien avec leslymphomes=> depuis d’autres prouvés HPV, HBV, HHV8 (Kaposi)…Frederic Twort et Felix d'Herelle en 1918 montrentl’existence de virus infectant les bactéries =>bactériophages

Virus/ Bactérie/Parasite ?VirusBactérieParasiteTaille0,002µm0,4 à 2,5 µm2 µm àplusieurs cmAcide nucléiqueARN ou ADNARN et ADNARN et ADNStructuresimplecomplexecomplexeAutonomie-++/-

Virusdéfinition de Wolf (1953):1. Il ne possède qu’un seul type d’acide nucléique, soit ADN, soit ARN.2. Le virion se reproduit à partir de son seul acide nucléique.3. Le virion est incapable de croître et de subir des divisions binaires.4. Le virion ne possède aucune information génétique concernant les enzymesdu métabolisme intermédiaire producteur d’énergie.5. La multiplication du virion nécessite l’utilisation des structures de la cellulehôte et plus spécialement de ses ribosomesVirus : entité de petite taille Un seul type d’Acide nucléique=> Réplication de son génome non mitotique=> Parasite obligatoire de la cellule=> Nécessite une cellule hôteRenato Dulbecco (en 1952) a montré que les virus pouvaient se répliqueren plage de lyse sur des cellules animales

VirusDepuis la découverte des virus => des milliers d’espèces identifiéesPas une entité unique mais un ensemble complexe très varié⇒ point commun majeur ils ont besoin de cellules pour se multiplier

Classification des Virus⇒ Classification à évoluer avec les techniques d’investigation⇒En fonction de l’hôte (Bactéries, animaux ou végétaux)

Classification des Virus⇒ Classification à évoluer avec les techniques d’investigation⇒En fonction de l’hôte (Bactéries, animaux ou végétaux)⇒En fonction du mode de transmission (respiratoires, entéritiques , arbovirusarthropode borne virus)

Classification des Virus⇒Classification à évoluer avec les techniques d’investigation⇒En fonction de leur structure externe enveloppés /non enveloppés⇒En fonction de la composition de leur génome (ARN ou ADN)⇒En fonction de leur phylogénie comparée (séquence de leur génome)

Classification des VirusClassification : depuis Lwoff (1962)1 LE GENOME1° - la nature du matériel génétique- ADN- ARN2° - la structure de l'acide nucléique- monocaténaire- bicaténaire3° - la forme de l'acide nucléique- linéaire- circulaire- non segmenté- segmenté-2 - L'ENVELOPPEvirus nus (N)virus enveloppés (E)3 - LA SYMETRIE DE LA CAPSIDE-symétrie hélicoïdale (H) => Protéine de capside sur l’Acide nucléique-symétrie icosaédrale (I) => Capside structuréeClassification : complétée en 19784- LIEU D’ASSEMBLAGE DES VIRIONS=> le noyau ou le cytoplasme de la cellule infectée=> nombre de capsomères (virus I) ou diamètre de la nucléocapside (virus H)Récemment complétée par=> Organisation des gènes au sein du génome

Classification des VirusNomenclature actuelle => obéit globalement à la nomenclature de LinnéR E C O F G E R V I :Règne, Embranchement, Classe, Ordre, Famille, Genre, Espèce, Race, Variété, IndividuR E C O F (s/F) G E R V IFamille, Sous Famille, Genre, Espèce souche /isolatidae inae irusHerpesviridae alphaherpervirinae Simplexvirus HHV1Picornaviridae Enterovirus PoliovirusRetroviridae Orthoretrovirinae Lentivirus HIV1

ICTV Virosphere

Famille Virale / Humain

Famille Virale / HumainGénomeFAMILLEADNBicaténaireEnveloppésNusPoxviridaeHerpesviridaeHepadnaviridaeAdenoviridaePapovaviridaeMonocaténaireNuParvoviridaeMonocaténaire+EnveloppésFlaviviridaeTogaviridaeCoronaviridaeRetroviridaeMonocaténaire+NuPicornaviridaeCaliciviridaeARNMonocaténairenon segmenté-Monocaténairesegmenté-EnveloppésRhabdoviridaeFiloviridaeParamyxoviridae(8)Orthomyxoviridae(2) Arenaviridae(3) BunyaviridaeBicaténairesegmentéNu(10) Reoviridae

Contamination transmission4 grandes voies de contamination :• fécal oral (par eau) poliovirus, hépatites HEV HAV, calicivirus et rotavirus=> pathologie pas toujours entéritique (poliovirus)• Aérienne : grippe, rhinovirus, SARS• Sanguine : HBV, HCV, HIV• Vecteur piqûre ou morsure (arbovirus, fièvre encéphalique, rage)

Structure des VirusEtude a progressé depuis les années 1930=> découverte du microscope électroniqueAnnées 1980 forte expansion avec la biologie moléculaire=> séquence complète du poliovirus 1983Génome => Acide NucléiqueCapside +/- complexe =>AN +protéinesEnveloppe =>Membrane dela cellule hôteGlycoprotéines externes

Structure des VirusPoxvirusInfluenza = GrippeHerpesvirusPapillomavirusAdenovirus

Structure des VirusCalicivirus

Réplication virale

Réplication viraleCycle Réplicatif Viral=> 4 grandes Etapes=>Adsorption à la cellule=>Pénétration dans la cellule=>Multiplication virale=>Sortie de la celluleEtapes : Virus nu ≠ enveloppéEtape: Structure du génome

AdsorptionAdsorption=> interaction d'un récepteur cellulaire spécifique avec desprotéines de surface des virus.Une cellule sensible au virus permet l’adsorption du virusUne cellule permissive permet sa réplication

Adsorption/NeutralisationNeutralisation=> Blocage de l’adsorption du virus par des Anticorpsspécifiques dirigés contre les protéines externes du virionVaccins vivantsVaccins tués=> le plus souvent contre ces protéines externes=> toujours

Adsorption/Neutralisation

Entrée du virusEndocytoseVirus nusFusion membranaireVirus enveloppésInvagination membranaireFusion membranecellulaire et viraleVésicule membranaireEndosomeLibérationde lacapside viraleLysosomeRéplicationDissolution dela coucheexternedu virionDissolution dela vacuoled’endocytoseLibérationde lacapside virale

Réplication des Virus5 grands modèles de réplication:•Virus à ARN + => ARNm•Virus à ARN-•Virus à ADN nucléaire•Virus à ADN cytoplasmique•Rétrovirus

Réplication des Virus ARN+Des variantes ponctuelles en fonction des famille de virus=> grandes étapesIntracytoplasmiqueAssemblagecapsideSynthèse ARN +TraductionAAAAAAAAARN+ => ARNmTraductionARN-Protéines viralesARN polyméraseARN dépendanteSynthèse ARN -Matriciel

Des variantes ponctuelles en fonction des famille de virus=> grandes étapesIntracytoplasmiqueAssemblagecapsideSynthèse ARN -GénomiqueARN-ARN-Réplication des Virus ARN-Synthèse ARN +Protéines viralesARN polyméraseARN dépendanteRNA Polymérase RNA Dépendante est dans le virionTraduction

Des variantes ponctuelles en fonction des famille de virus=> grandes étapesGrippe Réplication et assemblage capside ==> intranucléaireAssemblagecapsideSynthèse ARN -GénomiqueARN-ARN-Réplication des Virus ARN-Synthèse ARN +Protéines viralesARN polyméraseARN dépendanteTraduction

Réplication des Virus ADNDes variantes ponctuelles en fonction des famille de virus=> grandes étapesIntranucléaireRégulationExpressiondes gènes virauxTraductionAssemblagede laCapsidedans le noyauSynthèse des ARNmRNA polymérasecellulaireRéplicationdu génomeADN polyméraseCellulaire ou viraleUtilise les ARN polymérase et ADN polymérase cellulairePapovavirus et parvovirusles autres : Herpesvirus adénovirus

Réplication des PoxvirusDes variantes ponctuelles en fonction des famille de virus=> grandes étapesIntracytoplasmiqueRégulationExpressiondes gènes virauxTraductionAssemblagede lacapsideSynthèse des ARNmRNA polyméraseviraleRéplicationdu génomeADN polyméraseviraleUtilise les ARN polymérase et ADN polymérase virale

Réplication des RétrovirusDes variantes ponctuelles en fonction des famille de virus=> grandes étapesAssemblagecapsideSynthèse ARNm/génomiqueARN polymérase cellulaireARNARNm/gTraductionSynthèse ADN sbRTSynthèse ADN dbRTTransport au noyauIntégrationADN proviralRT (Reverse Transcriptase) Transcriptase Inverse => ADN à partir d’ARN

Sortie des virus nusLyse de la celluleAssemblagecapsideARNgTraduction

Sortie des virus enveloppésMigration desglycoprotéinesà la membranecellulaireSortie parbourgeonnementAssemblagecapsideARNm/gTraductionExemple rétrovirus=> même principe pour tous les virus enveloppés

Sortie du virusHBVHIV photos P. Roingeard

Sortie du VirusBourgeonnement de HIV photo P. Roingeard

Génétique et Virus⇒Génétique particulière population⇒1 virion entre⇒10 n qui sortent gestion en population⇒Quasiespèces

Quasi-espèces

Quasi-espècesVirion /PopulationMutationsSilencieusesMutationsLétalesMutationsBénéfiquesPas d’effet sur le virionPerte du virionAvantage du virion/ la population

Quasi-espèces