VIROLOGIE: HISTOIRE, CE QU'ELLE ÉTUDIE, TYPES DE VIRUS, EXEMPLES - LA BIOLOGIE - 2025

La virologie est la branche de la biologie qui étudie l'origine, l'évolution, la classification, la pathologie et les applications biomédicales et biotechnologiques des virus. Les virus sont de petites particules, de 0,01 à 1 µm, dont les informations génétiques sont uniquement destinées à leur propre réplication.

Les gènes des virus sont décodés par la machinerie moléculaire de la cellule infectée pour la multiplication. Par conséquent, les virus sont des parasites intracellulaires obligatoires qui dépendent des fonctions métaboliques des cellules vivantes.

Source: Crédit photo: Cynthia Goldsmith Fournisseur (s) de contenu: CDC / Dr. Erskine. L. Palmer; Dr ML Martin

Le matériel génétique le plus abondant sur la planète correspond à celui des virus. Ils infectent d'autres virus et tous les êtres vivants. Les systèmes immunitaires ne se défendent pas toujours avec succès contre les virus: certaines des maladies les plus dévastatrices des humains et des animaux sont causées par des virus.

Les maladies virales humaines comprennent la fièvre jaune, la polio, la grippe, le sida, la variole et la rougeole. Les virus sont impliqués dans environ 20% des cancers humains. Chaque année, des infections virales respiratoires et intestinales tuent des millions d'enfants dans les pays en développement.

Certains virus sont utiles pour typer les bactéries, comme sources d'enzymes, pour la lutte antiparasitaire, comme agents antibactériens, pour lutter contre le cancer et comme vecteurs de gènes.

L'histoire

À la fin du 19e siècle, Martinus Beijerinck et Dmitri Ivanovski ont indépendamment déterminé que les filtrats exempts de bactéries de plants de tabac malades contenaient un agent capable d'infecter les plantes saines. Beijerinck a appelé cet agent contagium vivum fluidum.

On sait maintenant que les filtrats de Beijerinck et Ivanovski contenaient le virus de la mosaïque du tabac. Toujours au 19e siècle, Friedrich Loeffler et Paul Frosch ont conclu que la fièvre aphteuse chez les bovins est causée par un agent non bactérien.

Dans la première décennie du 20e siècle, Vilhelm Ellerman et Olaf Bang ont démontré la transmission de la leucémie chez les poulets, en utilisant des filtrats acellulaires. Ces expériences ont permis de conclure qu'il existe des virus animaux pouvant provoquer des cancers.

Dans la deuxième décennie du 20e siècle, Frederick Twort a observé la lyse de microcoques sur des plaques de gélose dans lesquelles il essayait de faire croître le virus de la variole, en supposant que cette lyse avait été causée par un virus ou par des enzymes de bactéries. De son côté, Félix d'Hérelle a découvert que les bacilles à l'origine de la dysenterie étaient lysés par des virus qu'il appelait bactériophages.

En 1960, Peter Medawar a reçu le prix Nobel pour avoir découvert que les virus contenaient du matériel génétique (ADN ou ARN).

Types de virus

Les virus sont classés en fonction des caractéristiques qu'ils possèdent. Ce sont la morphologie, le génome et l'interaction avec l'hôte.

La classification basée sur l'interaction du virus avec l'hôte est basée sur quatre critères: 1) production d'une descendance infectieuse; 2) si le virus tue l'hôte ou non; 3) s'il y a des symptômes cliniques; 4) durée de l'infection.

Le système immunitaire joue un rôle important dans l'interaction entre le virus et l'hôte car il détermine le développement de l'infection. Ainsi, l'infection peut être aiguë et subclinique (le virus est éliminé de l'organisme), ou persistante et chronique (le virus n'est pas éliminé de l'organisme).

La classification basée sur les différences génomiques (système de Baltimore) et la classification taxonomique, qui prend en compte toutes les caractéristiques des virus, sont les systèmes les plus utilisés aujourd'hui pour cataloguer les virus.

Classification basée sur la morphologie

Pour comprendre cette classification, il est nécessaire de connaître les parties qui composent un virus. Les virus se composent d'un génome et d'une capside, et peuvent ou non avoir une enveloppe. Le génome peut être de l'ADN ou de l'ARN, simple ou double brin, linéaire ou circulaire.

La capside est une structure complexe composée de nombreuses sous-unités de protéines virales identiques, appelées capsomères. Sa fonction principale est de protéger le génome. Il sert également à reconnaître et à se lier à la cellule hôte, et à assurer le transport du génome dans la cellule.

L'enveloppe est la membrane composée de lipides et de glycoprotéines qui entoure la capside. Il est dérivé de la cellule hôte. Il varie considérablement en taille, morphologie et complexité. La présence ou l'absence d'enveloppes sert de critère pour la classification des virus.

Trois catégories de virus non enveloppés sont reconnues: 1) isométrique, de forme approximativement sphérique (icosaèdres ou icosadeltaèdres); 2) filamenteux, avec une forme d'hélice simple; 3) complexe, sans les formes précédentes. Certains virus, comme le bactériophage T2, combinent les formes isométrique et filamenteuse.

Si le virus est enveloppé, ils peuvent également être affectés à des catégories morphologiques basées sur les caractéristiques de la nucléocapside dans la membrane.

Classification basée sur le génome: système de Baltimore

Cette classification, proposée par David Baltimore, considère la nature du génome du virus en termes de mécanisme qu'il utilise pour répliquer l'acide nucléique et transcrire l'ARN messager (ARNm) pour la biosynthèse des protéines.

Dans le système de Baltimore, les virus dont le génome ARN a le même sens que l'ARNm sont appelés virus à ARN sens positif (+), tandis que les virus dont le génome a un sens opposé (complémentaire) à l'ARNm sont appelés virus avec ARN sens négatif (-). Les virus génomiques double brin vont dans les deux sens.

Un inconvénient de cette classification est que les virus qui ont des mécanismes de réplication similaires ne partagent pas nécessairement d'autres caractéristiques.

Classes du système Baltimore

Virus de classe I. avec un génome d'ADN double brin. Transcription similaire à celle de la cellule hôte.

Classe II. Virus avec un génome d'ADN simple brin. L'ADN peut être de polarité (+) et (-). Converti en double brin avant la synthèse de l'ARNm.

Classe III. Virus avec un génome à ARN double brin (ARNdb). Avec génome segmenté et ARNm synthétisés à partir de chaque segment de la matrice d'ADN. Enzymes qui participent à la transcription codée par le génome du virus.

Classe IV. Virus avec génome ARN simple brin (ARNss), polarité (+). Synthèse d'ARNm précédée de la synthèse du brin complémentaire. La transcription est similaire à celle de la classe 3.

Virus de classe V. avec génome ssRNA de sens opposé à celui de l'ARNm sens (-). Synthèse d'ARNm qui nécessite des enzymes codées par le virus. La production de nouvelles générations de virus nécessite la synthèse d'ARNdb intermédiaire.

Classe VI. Virus avec génome ssRNA qui produit un ADNdb intermédiaire avant réplication. Il utilise des enzymes que le virus porte.

Classe VII. Virus qui répliquent leur ADNdb via un ARNsb intermédiaire.

Classification taxonomique

Le Comité international de taxonomie des virus a établi un système taxonomique pour classer les virus. Ce système utilise l'ordre des divisions, la famille, la sous-famille et le sexe. Il y a encore un débat sur l'application du concept d'espèce aux virus.

Les critères utilisés pour la classification taxonomique sont la gamme d'hôtes, les caractéristiques morphologiques et la nature du génome. De plus, d'autres critères sont pris en compte, comme la longueur de la queue de phage (virus qui infecte les bactéries), la présence ou l'absence de certains gènes dans les génomes, et les relations phylogénétiques entre virus.

Un exemple de cette classification est: ordre Mononegavirales; famille Paramyxoviridae; Sous-famille des Paramyxovirinae, genre Morbillivirus; espèces, virus de la rougeole.

Les noms des familles, des sous-familles et des genres sont inspirés du lieu d'origine, de l'hôte ou des symptômes de la maladie que le virus produit. Par exemple, la rivière Ebola au Zaïre donne le nom au genre Ebola; la mosaïque du tabac donne son nom au genre Tomabovirus.

De nombreux noms de groupes de virus sont des mots d'origine latine ou grecque. Par exemple, Podoviridae, est dérivé du grec podos, qui signifie pied. Ce nom fait référence aux phages à queue courte.

Exemples de virus

Virus de la grippe

Ils infectent les oiseaux et les mammifères. Ils ont une morphologie diverse, avec une enveloppe. Génome ARN simple brin. Ils appartiennent à la classe V de Baltimore et à la famille des Orthomyxoviridae.

Les virus grippaux appartiennent à cette famille. La plupart des cas de grippe sont causés par les virus de la grippe A. Les flambées causées par les virus de la grippe B surviennent tous les 2 à 3 ans. Ceux produits par les virus de la grippe C sont moins fréquents.

Le virus de la grippe A a provoqué quatre pandémies: 1) la grippe espagnole (1918-1919), un sous-type du virus H1N1 d'origine inconnue; 2) grippe asiatique (1957–1958), sous-type H2N2, d'origine aviaire; 3) grippe de Hong Kong (1968-1969), sous-type H3N3, d'origine aviaire; 4) grippe porcine (2009-2010), sous-type H1N1, d'origine porcine.

La pandémie la plus dévastatrice connue a été causée par la grippe espagnole. Il a tué plus de personnes que la Première Guerre mondiale.

Les lettres H et N proviennent respectivement des glycoprotéines membranaires hémagglutinine et neuraminidase. Ces glycoprotéines sont présentes sous une grande variété de formes antigéniques et sont impliquées dans de nouvelles variantes.

Rétrovirus

Ils infectent les mammifères, les oiseaux et autres vertébrés. Morphologie sphérique, avec enveloppe. Génome ARN simple brin. Ils appartiennent à la classe VI de Baltimore et à la famille des Retroviridae.

Le virus de l'immunodéficience humaine (VIH), genre Lentivirus, appartient à cette famille. Ce virus endommage le système immunitaire de la personne infectée, ce qui la rend vulnérable aux infections par des bactéries, des virus, des champignons et des protozoaires. La maladie causée par le VIH est connue sous le nom de syndrome d'immunodéficience acquise (SIDA).

D'autres genres appartenant aux Retroviridae provoquent également des maladies graves. Par exemple: Spumavirus (virus simien duveteux); Epsilonretrovirus (virus du sarcome cutané du doré jaune); Gammaretrovirus (virus de la leucémie murine, virus de la leucémie féline); Betaretrovirus (virus de la tumeur mammaire murine); et Alpharetrovirus (virus du sarcome de Rous).

Virus de l'herpès

Il infecte les mammifères, les oiseaux et les vertébrés à sang froid. Morphologie du virus: capsule icosaédrique, avec enveloppe. Génome d'ADN double brin. Ils appartiennent à la classe I de Baltimore et à l'ordre Herpesviral.

Certains membres sont: le virus de l'herpès simplex 2 (cause l'herpès génital); cytomégalovirus humain (provoque des malformations congénitales); Sarcome de l'herpèsvirus KaposiB ^™ (cause le sarcome de Kaposi); Virus EpsteinBƂBarr ou EBV (provoque une fièvre glandulaire et des tumeurs).

Virus responsables de la polio et d'autres virus apparentés

Il infecte les mammifères et les oiseaux. Morphologie du virus: isométrique ou icosaédrique. Génome ARN simple brin. Ils appartiennent à la classe IV de Baltimore et à la famille des Picornaviridae.

Certains genres de cette famille sont: Hépatovirus (provoque l'hépatite A); Entérovirus (cause la poliomyélite); Aphthovirus (provoque la fièvre aphteuse).

Virus responsables de la rage et des virus associés

Ils infectent les mammifères, les poissons, les insectes et les plantes. Morphologie hélicoïdale, avec enveloppe. Génome ARN simple brin. Ils appartiennent à la classe V de Baltimore et à la famille des Rhabdoviridae.

Les virus qui causent des maladies comme la rage, provoquées par le genre Lyssavirus, appartiennent à cette famille; la stomatite vésiculaire, causée par le genre Vesiculovirus; et la pomme de terre naine jaune, causée par le genre Novirirhabdovirus.

Virus qui provoque un érythème infectieux

Il infecte les mammifères, les oiseaux et les insectes. Morphologie icosaédrique symétrique. Génome d'ADN simple brin. Ils appartiennent à la classe II de Baltimore et à la famille des Parvoviridae.

Un membre de cette famille est le virus B19, appartenant au genre Erithrovirus, qui provoque un érythrème infectieux chez l'homme, qui ne produit généralement pas de symptômes. Le virus B19 infecte les cellules précurseurs des globules rouges.

Certains membres des Parvoviridae sont utilisés comme vecteurs de gènes.

Applications de virus

Les virus peuvent être utilisés au profit de l'homme en construisant des virus recombinants. Ils ont un génome modifié par des techniques de biologie moléculaire.

Les virus recombinants sont potentiellement utiles pour la thérapie génique, dont le but est de guérir des maladies spécifiques, ou la production de vaccins.

Le VIH a été utilisé pour construire des vecteurs géniques (vecteurs lentiviraux) pour la thérapie génique. Ces vecteurs se sont avérés efficaces dans des modèles animaux de maladie épithéliale pigmentaire rétinienne, telle que la rétinite pigmentaire causée par une transmission ou des mutations autosomiques récessives.

Les virus utilisés comme vecteurs de vaccins doivent avoir un faible potentiel pathogène. Ceci est vérifié à l'aide de modèles animaux. C'est le cas des vaccins développés ou en développement contre les virus de la variole, la stomatite vésiculaire et Ebola.

Références

1. Carter, JB, Saunders, VA 2013. Virologie: principes et applications. Wiley, Chichester.
2. Dimmock, NJ, Easton, AJ, Leppard, KN 2007. Introduction à la virologie moderne. Blackwell Malden.
3. Flint, J., Racaniello, VR, Rall, GF, Skalka, AM, Enquist, LW 2015. Principes de virologie. Société américaine de microbiologie, Washington.
4. Hull, R. 2009. Virologie comparée des plantes. Elsevier, Amsterdam.
5. Louten, J. 2016. Virologie humaine essentielle. Elsevier, Amsterdam.
6. Richman, DD, Whitley, RJ, Hayden, FG 2017. Virologie clinique. Société américaine de microbiologie, Washington.
7. Voevodin, AF, Marx, PA, Jr. 2009. Virologie simienne. Wiley-Blackwell, Ames.
8. Wagner, EK, Hewlett, MJ, Bloom, DC, Camerini, D. 2008. Virologie de base. Blackwell Malden.