Expressions moléculaires Biologie cellulaire : Structure des virus

Les virus ne sont ni des plantes, ni des animaux, ni des bactéries, mais ils sont la quintessence des parasites du règne vivant. Bien qu’ils puissent ressembler à des organismes vivants en raison de leurs prodigieuses capacités de reproduction, les virus ne sont pas des organismes vivants au sens strict du terme.

Sans cellule hôte, les virus ne peuvent pas assurer leurs fonctions vitales ni se reproduire. Ils ne peuvent pas synthétiser de protéines, car ils sont dépourvus de ribosomes et doivent utiliser les ribosomes de leurs cellules hôtes pour traduire l’ARN messager viral en protéines virales. Les virus ne peuvent pas générer ou stocker de l’énergie sous forme d’adénosine triphosphate (ATP), mais doivent tirer leur énergie, et toutes les autres fonctions métaboliques, de la cellule hôte. Ils parasitent également la cellule pour obtenir des matériaux de construction de base, tels que des acides aminés, des nucléotides et des lipides (graisses). Bien que les virus aient été considérés comme une forme de protovie, leur incapacité à survivre sans organismes vivants rend très improbable le fait qu’ils aient précédé la vie cellulaire au début de l’évolution de la Terre. Certains scientifiques spéculent que les virus ont commencé comme des segments malencontreux de code génétique qui se sont adaptés à une existence parasitaire.

Tous les virus contiennent un acide nucléique, soit de l’ADN ou de l’ARN (mais pas les deux), et une enveloppe protéique, qui enveloppe l’acide nucléique. Certains virus sont également entourés d’une enveloppe composée de molécules de graisse et de protéines. Sous sa forme infectieuse, à l’extérieur de la cellule, une particule virale s’appelle un virion. Chaque virion contient au moins une protéine unique synthétisée par des gènes spécifiques dans son acide nucléique. Les viroïdes (qui signifient « semblables à des virus ») sont des organismes pathogènes qui ne contiennent que de l’acide nucléique et ne possèdent pas de protéines structurelles. D’autres particules semblables à des virus, appelées prions, sont composées principalement d’une protéine étroitement intégrée à une petite molécule d’acide nucléique.

Les virus sont généralement classés en fonction des organismes qu’ils infectent, animaux, plantes ou bactéries. Comme les virus ne peuvent pas pénétrer les parois cellulaires des plantes, pratiquement tous les virus végétaux sont transmis par des insectes ou d’autres organismes qui se nourrissent de plantes. Certains virus bactériens, tels que le bactériophage T4, ont développé un processus d’infection élaboré. Le virus possède une « queue » qu’il fixe à la surface de la bactérie au moyen de « broches » protéiques. La queue se contracte et le bouchon de la queue pénètre la paroi cellulaire et la membrane sous-jacente, injectant les acides nucléiques viraux dans la cellule. Les virus sont ensuite classés en familles et en genres sur la base de trois considérations structurelles : 1) le type et la taille de leur acide nucléique, 2) la taille et la forme de la capside, et 3) s’ils ont une enveloppe lipidique entourant la nucléocapside (l’acide nucléique enfermé dans la capside).

On trouve principalement deux types de formes parmi les virus : les bâtonnets, ou filaments, et les sphères. La forme de bâtonnet est due à la disposition linéaire de l’acide nucléique et des sous-unités protéiques constituant la capside. La forme de sphère est en fait un polygone à 20 côtés (icosaèdre).

La nature des virus n’a pas été comprise avant le vingtième siècle, mais leurs effets étaient observés depuis des siècles. Le médecin britannique Edward Jenner a même découvert le principe de l’inoculation à la fin du XVIIIe siècle, après avoir observé que les personnes ayant contracté la maladie bénigne du cowpox étaient généralement immunisées contre la maladie plus mortelle de la variole. À la fin du XIXe siècle, les scientifiques savaient qu’un agent causait une maladie des plants de tabac, mais qu’il ne se développait pas sur un milieu artificiel (comme les bactéries) et qu’il était trop petit pour être vu au microscope optique. Les progrès de la culture de cellules vivantes et de la microscopie au vingtième siècle ont finalement permis aux scientifiques d’identifier les virus. Les progrès de la génétique ont considérablement amélioré le processus d’identification.

• Capside – La capside est l’enveloppe protéique qui renferme l’acide nucléique ; avec son acide nucléique enfermé, elle est appelée nucléocapside. Cette enveloppe est composée de protéines organisées en sous-unités appelées capsomères. Ils sont étroitement associés à l’acide nucléique et reflètent sa configuration, soit une hélice en forme de bâtonnet, soit une sphère en forme de polygone. La capside a trois fonctions : 1) elle protège l’acide nucléique de la digestion par les enzymes, 2) elle contient des sites spéciaux à sa surface qui permettent au virion de se fixer à une cellule hôte, et 3) elle fournit des protéines qui permettent au virion de pénétrer la membrane de la cellule hôte et, dans certains cas, d’injecter l’acide nucléique infectieux dans le cytoplasme de la cellule. Dans les bonnes conditions, l’ARN viral dans une suspension liquide de molécules de protéines va auto-assembler une capside pour devenir un virus fonctionnel et infectieux.

• Enveloppe – De nombreux types de virus possèdent une enveloppe glycoprotéique entourant la nucléocapside. L’enveloppe est composée de deux couches lipidiques entrecoupées de molécules de protéines (bicouche lipoprotéique) et peut contenir du matériel provenant de la membrane d’une cellule hôte ainsi que de celle d’origine virale. Le virus obtient les molécules lipidiques de la membrane cellulaire au cours du processus de bourgeonnement viral. Cependant, le virus remplace les protéines de la membrane cellulaire par ses propres protéines, créant ainsi une structure hybride de lipides d’origine cellulaire et de protéines d’origine virale. De nombreux virus développent également des pointes composées de glycoprotéines sur leurs enveloppes qui les aident à se fixer à des surfaces cellulaires spécifiques.

• Acide nucléique – Tout comme dans les cellules, l’acide nucléique de chaque virus code l’information génétique pour la synthèse de toutes les protéines. Si l’ADN double brin en est responsable dans les cellules procaryotes et eucaryotes, seuls quelques groupes de virus utilisent l’ADN. La plupart des virus conservent toutes leurs informations génétiques grâce à l’ARN monocaténaire. Il existe deux types de virus à base d’ARN. Dans la plupart d’entre eux, l’ARN génomique est appelé brin positif car il agit comme un ARN messager pour la synthèse directe (traduction) des protéines virales. Quelques-uns, cependant, ont un brin négatif d’ARN. Dans ces cas, le virion possède une enzyme, appelée ARN polymérase ARN-dépendante (transcriptase), qui doit d’abord catalyser la production d’ARN messager complémentaire à partir de l’ARN génomique du virion avant que la synthèse des protéines virales puisse se produire.

Le virus de l’influenza (grippe) – Après le rhume, l’influenza ou « la grippe » est peut-être l’infection respiratoire la plus connue dans le monde. Rien qu’aux États-Unis, environ 25 à 50 millions de personnes contractent la grippe chaque année. Les symptômes de la grippe sont similaires à ceux du rhume, mais ont tendance à être plus graves. La fièvre, les maux de tête, la fatigue, la faiblesse et les douleurs musculaires, les maux de gorge, la toux sèche et l’écoulement nasal ou la congestion nasale sont courants et peuvent se développer rapidement. Les symptômes gastro-intestinaux associés à la grippe sont parfois ressentis par les enfants, mais pour la plupart des adultes, les maladies qui se manifestent par des diarrhées, des nausées et des vomissements ne sont pas causées par le virus de la grippe, même si elles sont souvent appelées à tort « grippe intestinale ». Un certain nombre de complications, telles que l’apparition de bronchites et de pneumonies, peuvent également survenir en association avec la grippe et sont particulièrement fréquentes chez les personnes âgées, les jeunes enfants et toute personne dont le système immunitaire est supprimé.

Le virus de l’immunodéficience humaine (VIH) – Le virus responsable du VIH a été isolé pour la première fois en 1983 par Robert Gallo, des États-Unis, et le scientifique français Luc Montagnier. Depuis lors, d’énormes recherches ont été menées sur l’agent responsable du SIDA et on a beaucoup appris sur la structure du virus et son mode d’action typique. Le VIH fait partie d’un groupe de virus atypiques appelés rétrovirus qui conservent leur information génétique sous forme d’acide ribonucléique (ARN). Grâce à une enzyme appelée transcriptase inverse, le VIH et les autres rétrovirus sont capables de produire de l’acide désoxyribonucléique (ADN) à partir de l’ARN, alors que la plupart des cellules effectuent le processus inverse, en transcrivant le matériel génétique de l’ADN en ARN. L’activité de l’enzyme permet à l’information génétique du VIH de s’intégrer de façon permanente dans le génome (chromosomes) d’une cellule hôte.