Notions de virologie

Microbiologie
Médicale
Les virus
Dr. Michel J. Tremblay
MCB-20022
Plan du cours

Nature et classification des virus
 Propriétés
générales des virus
 Structure virale
 Symétrie des capsides
 Diversité génomique
Réplication virale
 Culture et détection des virus
 Physiopathologie de l’infection
virale

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Propriétés générales des virus
Taille des virions entre 10 et 400 nm de
diamètre
 Organisation très simple
 Parasite intracellulaire obligatoire

 Incapacité
de réplication autonome
 Contenu en acides nucléiques (ADN ou ARN)
 Incapacité de synthétiser des protéines
 Incapacité de générer de l’énergie
 Insensibles aux agents antibactériens
(antibiotiques)
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Différences entre les virus et
cellules vivantes
Organisation simple et acellulaire.
 Absence d’ADN ou d’ARN ensemble dans
le même virion.
 Incapacité à se multiplier indépendamment
des cellules et à se diviser comme font les
cellules procaryotes et eucaryotes.

Note: Bien que des bactéries comme les chlamydies
et les rickettsies soient des parasites
intracellulaires obligés comme les virus, ils ne
répondent pas aux deux premiers critères.
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Taille relative des virus
10 000 nm
cellule eucaryote
noyau cellulaire 2 800 nm
E. coli 2 000 nm
Virus
Rage 150 nm
Influenza et VIH 100 nm
Rhinovirus 70 nm
Polio 27 nm
Note: 1 nm = 10-9 m
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VIH
Rhinovirus
(rhume)
Virus du Nil Occidental
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Taxonomie des virus animaux à ADN
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Taxonomie des virus animaux à ARN
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Taxonomie des virus animaux à ARN
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Structure virale
Tous les virions, qu’ils soient entourés
d’une enveloppe ou non, sont construits
autour d’une nucléocapside centrale.
 La nucléocapside est composée d’un acide
nucléique, soit de l’ADN soit de l’ARN,
maintenu dans une coque protéique
appelée capside.
 La capside protège le matériel génétique
viral et favorise ainsi son transfert éventuel
d’une cellule hôte à une autre.

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Symétrie des capsides




Certaines capsides sont de forme icosahédrique. Un
icosahèdre est un polyèdre régulier avec 20 faces
triangulaires équilatérales et 12 sommets.
Certaines capsides sont hélicoïdales en forme de
cylindre protéique creux; elles peuvent être rigides ou
flexibles.
Les virus complexes sont ceux dont la symétrie de
capside n’est pas totalement icosahédrique ou
hélicoïdale.
Certains virus possèdent une enveloppe lipidique (une
couche extérieure membranaire entourant la
nucléocapside). Les virus enveloppés sont plutôt
sphériques ou de forme variable même si leur
nucléocapside est icosahédrale ou hélicoïdale.
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Morphologie des capsides
Virus de la mosaïque du
tabac
Structure du coliphage
T4
Icosahèdre
Complexe
Hélicoïdale
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Diversité génomique






ADN monocaténaire (Parvoviridae)
ADN bicaténaire (Adenoviridae, Baculoviridae,
Herpesviridae, Polyomaviridae et Poxviridae)
ARN monocaténaire à polarité négative
(Orthomyxoviridae, Paramyxoviridae et
Rhabdoviridae)
ARN monocaténaire à polarité positive
(Coronaviridae, Flaviviridae et Picornaviridae)
ARN monocaténaire donnant un ADN
bicaténaire plus long que le génome
(Retroviridae)
ARN bicaténaire (Reoviridae)
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Réplication virale
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Multiplication des
phages
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Bactériophage à symétrie cubique
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Fixation du virus à
des récepteurs
complémentaires
Injection de l’acide
nucléique dans la
bactérie
Phase d’éclipse (prise en
charge du métabolisme
cellulaire par l’acide
nucléi-que viral)
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Synthèse et assemblage
des capsomères en
capside et insertion de
l’acide nucléique dans
la capside
Libération des
bactériophages lors de
la lyse cellulaire
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Multiplication des
virus animaux
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Étapes du cycle
réplicatif
•Le cycle réplicatif viral peut se subdiviser
conceptuellement en trois étapes distinctes:
(1)Les évènements précoces (l'attachement aux
cellules cibles, la pénétration et la
décapsidation)
(2)Les évènements de biosynthèse (la réplication
du génome viral, la transcription et la
traduction)
(3)L'assemblage de la particule virale
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 Fixation du virus à des récepteurs spécifiques
à la surface des cellules sensibles (ex. VIH-1)
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Exemples de protéines de surface de la
cellule hôte servant de récepteurs viraux
Virus
Protéine cellulaire de surface
Virus Epstein-Barr
Récepteur de la protéine C3d du complément
Virus de l’hépatite A
Alpha 2-macroglobuline
Virus HSV-1
Récepteur du facteur de croissance
fibroblastique
VIH
CD4
Poliovirus
Molécule d’adhésion cellulaire neuronale
(NCAM)
Virus de la rage
Récepteur de l’acétylcholine des neurones
Rhinovirus
ICAM-1
Réovirus, type 3
Récepteur b-adrénergique
Virus de la vaccine
Récepteur du facteur de croissance épidermique
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Modes de pénétration des virus
•Les virus utilisent au moins trois modes d’entrée différents:
-Chez certains virus nus comme le poliovirus, la structure de
la capside subit des modifications majeures au moment de
l’adsorption à la membrane, avec pour conséquence la
libération du seul acide nucléique dans le cytoplasme. Suite à
l'attachement du poliovirus à une cellule cible, une des
protéines de la capside (i.e. VP4) est relarguée ce qui a pour
effet d'exposer des résidus hydrophobiques qui sont
normalement cachés à l'intérieur de la particule virale.
L'interaction de tels résidus avec la membrane de l'endosome
peut induire la formation d'un pore à travers lequel l'ARN viral
se fraie un chemin jusqu'au cytoplasme.
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Pénétration du virus complet dans la
cellule
Pénétration directe du virus nu
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Modes de pénétration des virus
-L’enveloppe de certains virus enveloppés comme celle
des paramyxovirus fusionne directement avec la
membrane plasmique cellulaire, la nucléocapside est
ainsi introduite dans la matrice cytoplasmique. Une
polymérase virale, asociée à la nucléocapside, commence
alors la transcription de l’ARN viral encore encapsidé.
Une fusion au niveau de la membrane plasmique
s’observe chez les virus herpétiques et le VIH.
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Pénétration du virus complet dans la
cellule (fusion de l’enveloppe glycolipidique)
Spikes = spicules
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Modes de pénétration des virus
-La majorité des virus enveloppés pénètrent dans les cellules
par une troisième route: un processus d’endocytoses par
récepteur interposé (“receptor-mediated endocytosis”), les virus
sont alors inclus dans des vésicules tapissées (“coated
vesicles”). Les virus s’attachent aux puits tapissées, régions
spécialisées de la membrane recouverte du côté cytoplasmique
par une protéine appelée clathrine. Les puits se referment alors
pour former des vésicules tapissées remplies de virus, celles-ci
fusionnent avec les lysosomes après enlèvement de la clathrine.
Les enzymes des lysosomes peuvent aider à la décapsidation du
virus. Dans certains cas, l’enveloppe virale fusionnne avec la
membrane lysosomiale et la capside (qui peut avoir été
partiellement dégradée par les enzymes lysosomiales) est
libérée à l’intérieur du cytoplasme. L’acide nucléique viral peut
alors sortir de la capside ou fonctionner alors qu’il est encore
attaché aux constituants de la capside.
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Modes de pénétration des virus
-L'endocytose
par récepteur interposé est le même
mécanisme qui est utilisé par la cellule pour s'accaparer
des facteurs de croissance, des hormones peptidiques et
autres molécules de haut poids moléculaire qui ne peuvent
traverser la membrane plasmatique. Les virions qui sont
liés à leurs récepteurs cellulaires de surface sont
transportés latéralement à l'intérieur de la membrane
plasmatique jusqu'aux vésicules recouvertes de clathrine
('clathrin-coated pits') qui sont ultimement endocytosées.
Par la suite, les vésicules fusionnent avec un endosome et,
à l'intérieur d'un tel compartiment acidifié, la décapsidation
prend place. Le pH acide de l'endosome est critique
puisque les agents qui accroissent le pH à l'intérieur de
l'endosome (ex. chlorure d'ammonium, chloroquine, etc.)
bloque le processus de décapsidation.
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Pénétration du virus complet dans la
cellule (endocytose)
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Décapsidation et libération de
l’acide nucléique viral
Détournement des activités
biochimiques cellulaires au profit de
la synthèse des constituants viraux
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Assemblage des virus complets et libération
(acquisition de l’enveloppe lors du passage à
travers la membrane cytoplasmique cellulaire)
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Morphologie du VIH
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Cycle de vie du VIH
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Culture virale

Oeufs embryonés
 Membrane
chorio-allantoïdienne
 Cavités amniotique et/ou allantoïdienne
 Vitellus (jaune d’œuf)

Cellules dérivées de tissus humains
en couche monocellulaire (observation
d’effets cytopathogènes caractéristiques)

Bactéries sensibles (bactériophages)
(plages de lyse sur des tapis bactériens)
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Détection des virus

Culture virale sur des cellules sensibles
 Cellules
en culture en milieu synthétique
 Culture sur œufs embryonés

Détection d’anticorps spécifiques chez
l’hôte infecté
 Test
sérologiques [sérum précoce, sérum tardif
(phase aiguë ou latente)]


Observation en microscopie électronique
Détection du matériel génétique viral (PCR)
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Maladies causées par les virus

Virus pneumotropes


Virus dermotropes


Hépatite, fièvre jaune, gastro-entérite, HIV,
mononucléose
Virus neurotropes

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Variole, rougeole, rubéole, varicelle et zona
Virus viscérotropes


Influenza, adénovirus, rhinovirus, virus
respiratoire syncytial,
Rage, encéphalite et polyomyélite
Immunité antivirale

Immunité humorale (complément)


Immunité cellulaire


(Immunoglobulines) IgG, IgM et IgA sécrétoire, actives
contre les formes extracellulaires des virus (lyse de
l’enveloppe virale)
Destruction de cellules infectées par les virus par des
cellules T (lymphocytes) cytotoxiques
Autre réponse immunitaire spécifique

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L’infection virale induit la production d’interféron qui
inhibe la réplication virale chez les cellules non
infectées (ARN bicaténaire = bon inducteur)
Réponse immunitaire en images
La réponse immunitaire débute lorsque qu’un macrophage
rencontre un virus et le processus de phagocyte est ainsi
enclenché.
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Réponse immunitaire en images (suite)
Le macrophage digère le virus et présente ce dernier sous la
forme de peptides viraux sur la surface cellulaire dans le
contexte des molécules du CMH-II.
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Réponse immunitaire en images (suite)
Un lymphocyte T auxiliare (CD4+) portant à sa surface un
récepteur des cellules T spécifique pour l’antigène viral
présenté par le macrophage va se lier à cette cellule
présentatrice d’antigène.
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Réponse immunitaire en images (suite)
Cette interaction cellule-cellule va mener à l’activation
cellulaire et à la production de diverses substances
solubles: l’interleukine (IL)-1 et le facteur de la nécroses
des tissus par le macrophage et l’IL-2 et l’IFN-g par la
cellule T auxiliaire. Le tout aura pour effet d’accroître
encore plus la communication intercellulaire.
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Réponse immunitaire en images (suite)
L’IL-2 va favoriser la multiplication de d’autres cellules T
auxiliaires. Les cellules T auxiliaires en prolifération vont
produire des substances qui vont causer la prolifération
des cellules B et la production d’anticorps.
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Réponse immunitaire en images (suite)
Les anticorps lient les antigènes localisés à la surface des
virions. Une telle opsonisation va faciliter la destruction
des particules virales par les macrophages et va aussi
permettre la destruction des virus par les composantes du
complément.
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Réponse immunitaire en images (suite)
Finalement, à mesure que l’infection est sous contrôle, les
cellules T et B activées sont désactivées par les cellule T
suppressives. Cependant, quelques cellules T de type
mémoire seront conservées dans le but de produire une
réponse plus rapide advenant le cas ou l’hôte serait en
contact ultérieurement avec le même virus.
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Contrôle des infections virales
 Vaccins antiviraux (prévention)
 Virus inactivés (traitement thermique ou au
formol) = altération du matériel génétique sans
affecter la capside
 Virus atténués (vivants) : meilleure stimulation du
système immunitaire = meilleure protection
 Vaccins sous-unitaires (génie génétique)
 Vaccins à base d’ADN
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Contrôle des infections virales
 Drogues antivirales (traitement)
 Amantadine: prévient l’attachement du virus de
l’influenza
 Vidarabine: traitement du zona et de
l’encéphalite causée par le virus de l’Herpès
 Acyclovir : traitement de la varicelle et de
l’herpès génital
 Analogues nucléosidiques et non nucléosidiques,
inhibiteurs de protéase et inhibiteurs de fusion :
agissent à diverses étapes dy cycle de vie du VIH
 Inhibiteurs enzymatiques : polymérase
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Vaccin antigrippal (2002-2003)

Vaccin viral trivalent, à virion fragmenté,
préparé à partir de virus cultivés dans la cavité
allantoïdienne d’œufs embryonnés de poule. Le
virus est inactivé à la formaldéhyde, purifié par
centrifugation, et fragmenté par le désoxycholate
de sodium et/ou le Triton X-100. Chaque dose de
0.5 mL contient:
15µg d ’hémagglutinine de la souche A/ New Caledonia/20/99
(H1N1)
 15µg d ’hémagglutinine de la souche A/ Panama/2007/99 (H3N2)
 15µg d ’hémagglutinine de la souche B/ Hong Kong/330/2001

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Fonctions cibles des traitements antiviraux
Attachement du virus à la cellule cible
 Transcription du génome viral


Transcription inverse
 Régulation de la transcription
 Assemblage des ARN transcrits
Traduction
 Réplication de l’ADN ou de l’ARN
 Assemblage du virion
 Maturation de la particule virale

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Exemple de traitement
de l’herpès simplex
Les 3 analogues de nucléosides
actuellement disponibles pour traiter
les infections à HSV sont le famciclovir,
le valacyclovir et l’acyclovir. Après
absorption, le famciclovir est tranformé
en penciclovir et le valacyclovir en
acyclovir. La phosphorylation du
pencyclovir et de l’acyclovir en
nucléoside est initiée par la thymidine
kinase du HSV. Sous leur forme
triphosphatée, les molécules sont
incorporées à l’ADN viral en lieu et
place de la désoxyguanosine (G)
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Présentation PowerPoint

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