séquence 12
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Module 10 : Microbiologie générale
Chapitre 7 : Notion de virologie
Séquence 127.1. Définition7.2. Structure des virus7.3. Classification des virus7.4. Caractéristiques des virus7.5. Interactions virus - cellules hôtes7.6. Bactériophages
Jeudi 07 Mai 2020 Du 8h30min à 12h30min
Définition
Définition
Les virus: (du latin virus = poison)
• Ne sont pas des cellules.• L’unité de virus est le virion ou particule virale:
invisible au microscopique optique,visible au microscopique électronique.
• Tous les virus sont des parasites intracellulaires obligatoires.
Définition
Ils diffèrent radicalement des organismes les plus simples, les bactéries, sur plusieurs points:
Ils ne peuvent pas être observés à l'aide d'un microscope optique ;
Ils n'ont pas de structure cellulaire interne ;
Ils contiennent soit de l'ADN, soit de l'ARN, mais pas les deux ;
Ils sont incapables de se reproduire seuls ; ils ont besoin d’une cellule hôte vivante appropriée pour le faire ;
Ils sont incapables de métabolisme ;
Les individus ne montrent aucune augmentation de taille.
Définition
Dans une cellule hôte, les virus montrent certaines des caractéristiques d'un organisme vivant, comme la capacité de se répliquer ;
A l'extérieur de la cellule, ils ne sont que des structures chimiques inertes.
Un virus particulier a une gamme d'hôtes limitée, c'est-à-dire qu'il ne peut infecter que certains types de cellules.
Structure des virus
Structure virale très simple = nucléocapside
Chez certains types de virus, la nucléocapside est entourée d'une enveloppe membranaire lipidique
(Ex:Virus du SIDA)
Remarque : Pas tous les virus ont une enveloppe
La plupart des virus sont beaucoup plus petits que les plus petites cellules bactériennes :
Quelques formes de capsides virales et taille des virus comparées à une cellule d’E. coli et une cellule hépatique humaine (À titre indicatif, les cellules E. coli ont une longueur d'environ 2 μm)
Le génome viral
Le materiel génétique d'un virus peut être l'ARN ou l'ADN, et l'un ou l'autre peuvent être monocaténaire ou double brin.
Différents types de génomes de virus.(a) simple brin linéaire; (b) simple brin circulaire;(c) double brin linéaire; (d) linéaire segmenté (ARN double brin);(e) circulaire double brin.
Pour les génomes à ARN, on distingue des :
ARN positifs (ARN+): se comportent comme ARNm, ils peuvent être directement traduits en protéines, par les enzymes cellulaires des hôtes.
des ARN négatifs (ARN -): ils correspondent aux brins complémentaires de l'ARNm et doivent de ce fait être convertis en ARN + par l’ARN polymérase avant leur traduction en protéines virales.
des
La capside
• La capside ou coque de nature protéique confère à la particule virale une forme caractéristique.
• Chez les virus non enveloppés, la capside représente la couche la plus externe et joue un rôle dans :
l’attachement du virus sur la surface de la cellule hôte ;
la protection de l’acide nucléique contre les facteurs de l’environnement tels que:
les rayons UV,la dessiccation, et l’action des enzymes de dégradation rencontrées
dans le tractus intestinal.
La capside est constituée par de nombreuses sous-unités protéiques appelées ‘capsomères’;
Ces sous unités sont constituées par un petit nombre de types de protéines, des fois un seul type. Le virion est donc constitué par l’assemblage d’unités identiques entre elles;
Le nombre de capsomères est constant pour un type donné de particule virale;
Lescapsomères ont la capacité d’interagir entre elles spontanément pour former la capside virale par un processus d'auto- assemblage.
Les capsomères sont arrangés selon deux types de symétrie architecturale chez le virion : les symétries cubique et hélicoïdale.
La capside peut se présenter sous diverses formes selon le type de virus: en bâtonnets (hélicoïdale), polyédrique (cubique), ou mixte (Bactériophages).
Capsides à symétrie hélicoïdales
Les capsomères sont rattachés au filament d'acide nucleique qui est enroulé en hélice.
Existe chez un certain nombre de virus végétaux(virus de la mosaïque du tabac);
Le diamètre de l'hélice est déterminé par la nature de la protéine (s) constituant les capsomères;
Sa longueur dépend de la taille de l'acide nucléique.
Capsides à symétrie icosaédrique ( cubique)
Un icosaèdre est une forme tridimensionnelle régulière avec:20 faces triangulaires
(triangles équilatéraux), 12 sommets, et 30 arêtes.
Il constitue une "boîte creuse" contenant l'acide nucléique.
La forme globale apparait grossièrement sphérique.
Chez certains bactériophages, la capside est la combinaison des 2 formes précitées : une tête ‘polyédrique’ et une queue ‘hélicoïdale’.
L’enveloppe
Certains virus possèdent une enveloppe (bicouche lipidique) en plus de la capside ;
L’enveloppe provient de la membrane nucléaire ou cytoplasmique d'un hôte précédent.Dans les enveloppes les protéines (généralement des glycoprotéines) peuvent être codées par le génome du virus.Ces protéines apparaissent à la surface du virion sous forme de pointes (spicules) et lui permettent de :• reconnaitre la cellule cible ;• se lier à sa surface ;• ou d’y pénétrer.
Comparaison des bactéries avec les virus
Caractéristiques permettant de distinguer les bactéries des virus
Croissance Division ARN plus Présence Paroi formée Sensible aux sur des par ADN dans de de peptidoglycane antibiotiquesmilieux fission la particule ribosomes
artificiels binaire infectieuse?
Bactérie Oui Oui Oui Oui Oui OuiMycoplasme Oui Oui Oui Oui Non Oui
Rickettsie Non Oui Oui Oui Oui OuiChlamydia Non Oui Oui Oui Non Oui
Virus Non Non Non Non * Non Non
Classification des virus Comme pour les organismes vivants, les virus sont classés en : espèces, genres, familles et ordres
Mais aucun virus n’est classé dans des groupes supérieurs tels que la classe, le phylum ou le règne.Les noms latins composés du genre et de l’espèce (par exemple Homo sapiens, Escherichia coli), ne sont pas utilisés pour les virus.Les facteurs pris en compte dans le classement des virus sont :- Gamme d'hôtes (vertébrés / invertébrés, plantes, algues /
champignons, bactéries) ;- Morphologie de la capside (sa symétrie, enveloppée / non
développée, nombre de capsomère) ;- Présence ou absence d’une enveloppe ;- Nature du génome viral: ARN ou ADN et son mode de réplication.
En 1971, David Baltimore a proposé un schéma qui classe les virus en fonction des stratégies utilisées pour la production d'ARNm.Il en résulte sept groupes majeurs:
Caractéristiques des virus :
En dehors de la cellule hôte, les virus sont :
• des particules inertes ;• n’ont pas de métabolisme propre :
pas de nutrition ; pas de respiration ; pas de reproduction.
C’est seulement après pénétration dans une cellule hôte que les virus entrent dans la phase dynamique de leur cycle ; de ce fait ils sont des parasites intracellulaires obligatoires..
Ce qui fait l’originalité des virus c’est qu’ils ne connaissent pas de reproduction du type cellulaire, par croissance suivie de division : la multiplication des virus se fait par réplication de leur acide nucléique.
Interactions virus - cellules hôtes
'Chaque type de virus ne peut infecteret parasiter qu une
gamme limitée de cellules hôtes.
L'infection virale commence quand le génome du virus entre dans une cellule.
Les premiers stades des interactions virus – cellules hôtes correspondent à des événements successifs qui amènent finalement le génome viral à l’intérieur de la cellule.
On peut distinguer plusieurs étapes qui s’enchaînent rapidement et sont communes à tous les virus:
Interactions virus - cellules hôtes:
’
a/ Les étapes:
1/ Rencontre virus - cellule,
2/ Adsorption réversible du virus sur la membrane cellulaire,
3/ Fixation irréversible, pénétration proprement dite.
La structure externe du virion subit des modifications qui
entraînent la libération de l acide nucléique du virus à l’intérieur de
la cellule: (cytoplasme ou noyau).
L’interaction productive:
correspond au cycle de multiplication du virus : la pénétration d’un virion ou d’une molécule d’acide nucléique viral dans la cellule conduit à la formation et à la libération de nouveaux virions et dans certains cas à la lyse de la cellule infectée = Cycle lytique.
elle a lieu dans les cellules permissives
L’infection virale d’une cellule par un virus ne conduit pas obligatoirement à la multiplication de ce dernier.
Au moins 3 types d’interactions entre génomes viraux et cellules hôtes :
l’interaction productivel’interaction abortive
l’interaction intégrative
La multiplication du virus implique un déroulement, ordonné dans le temps du « programme d’expression génétique » dont l’acide nucléique viral est porteur.
Au cours de ce programme, les gènes du virus sont activés de manière séquentielle par une série précise et plus ou moins complexe de régulations en cascades.
Cela est particulièrement net chez les virus à ADN.
Après sa pénétration dans la cellule, le virus, commence son cycle de multiplication par le détournement des structures et métabolismes préexistant de la cellule hôte à son usage:
• Le génome viral prend le contrôle des mécanismes de biosynthèse de la cellule qu’il a infectée ;
• Il se multiplie pour son propre compte car il est porteur d’informations nécessaires à sa propre réplication et à la formation des constituants des virions de sa descendance.
Cycle de réplication d’un virus animal à ADN
Bactériophage Définition:
Les bactériophages sont des virus qui infectent et parasitent les cellules bactériennes.
Ils sont très répandus dans les environnements tels que, les eaux usées, le sol, les excréments, et tout autre environnement où plusieurs espèces de bactéries coexistent.
Les bactériophages qui infectent E. coli (T phages) sont des virus grands et complexes, avec une structure caractéristique de la tête et de la queue.
Schéma d’un bactériophage
La tête: sphérique, cylindrique ou prismatique hexagonale;
Nature protéique;
Entoure et protège un filament pelotonné d'ADN à double brin et linéaire;
Taille varie entre 28 et 100 nm
La queue: Longueur totale: 100 nm; Contractile; Comprend un cylindre central et creux communiquant avec la tête,
et une gaine hélicoïdale contractile; La queue est terminée par une plaque basale sur laquelle sont
insérées 6 filaments ou fibres caudales qui permettent la fixation du phage sur la paroi de la bactérie sensible.
Cycles lytique et lysogénique
L’infection des bactéries hôtes par les bactériophages peut se faire selon deux types différents de cycle de vie du bactériophage :
1/ Cycle virulent ou lytique
2/ Cycle tempéré ou lysogénique
Cycle lytique
Correspond au cycle de multiplication du bactériophage.
Le bactériophage se reproduit au dépend de la bactérie
et la détruit (bactériophage virulent).
Cycle lytique
Ce type de cycle se déroule selon 5 étapes:
1/ Adsorption:
Le phage s'attache à un site récepteur spécifique au moyen de fibres caudales.
L'adsorption est un processus spécifique dépend de la présence de groupe chimique complémentaires sur les sites récepteurs de la bactérie et sur la plaque terminale du phage. L infection ne peut se produire en l’ absence de l’adsorption. La nature de ces récepteurs est l'un des principaux facteurs dans la détermination de la spécificité de l'hôte du virus.
2/ Pénétration:une enzyme (lysozyme), présent dans la queue du phage, affaiblit
la paroi cellulaire (diminue sa rigidité) au point d'attachement, et une contraction de la gaine de la queue du phage provoque l'introduction de l'ADN viral à l'intérieur de la bactérie. La capside reste entièrement à l'extérieur de la cellule.
Injection de l’ADN viral par le bactériophage
3/ Réplication
Les gènes du phage provoquent la désactivation de la synthèse des protéines et des acides nucléiques de l’hôte et détournent toutes les machines métaboliques de l'hôte pour la synthèse de l'ADN et des protéines du phage.
L’acide nucléique de l’hôte est dégradé par des enzymes codées par le génome du phage.
Les enzymes de l’hôte sont utilisées pour reproduire l'ADN du phage, qui est ensuite transcrit en ARNm et traduit en protéines
4/ Assemblage:
Une fois synthétisé en quantité suffisantes les composants de la capside et de lADN se rassemblent spontanément pour former des particules virales
Les régions de la tête et de la queue sont synthétisées séparément, puis la tête est remplie du génome de l'ADN et se joint à la queue.
5/ Libération:
Le lysozyme codé par le phage affaiblit la paroi cellulaire, et conduit à la lyse de la cellule et à la libération de particules virales, qui sont capables d'infecter de nouvelles cellules hôtes, et ainsi recommencer le cycle.
Pendant la phase précoce de l'infection, la cellule hôte contient des composants du phage, mais pas des particules complètes. Cette période est connue sous le nom de période d'éclipse.
Le temps qui s’écoule entre la fixation d’une particule de phage à la surface de la cellule bactérienne et la libération de phages nouvellement synthétisés est la période latente (parfois connue sous le nom de temps d'éclatement);
Pour le phage T4 dans des conditions optimales, il s'agit d'environ 22 minutes.
Cycle lysogénique
Des phages tels que T4, qui provoquent la lyse des cellules bactériennes, sont appelés des phages virulents.
Les phages tempérés, en plus de suivre un cycle lytique tel que décrit ci-dessus, peuvent subir une forme alternative de cycle de croissance = cycle lysogénique.
Dans ce cas, l'ADN du phage est incorporé dans le génome de l'hôte en tant que prophage.
Dans les conditions de lysogénie, la cellule hôte ne subit
aucun dommage car des protéines répressives, codées par le phage, empêchent la transcription de la plupart des autres gènes du phage.
Les gènes du prophage sont cependant répliqués avec le chromosome bactérien, de sorte que tous les descendants bactériens contiennent le prophage incorporé
