ecologie et evolution virale 2011

1!
Evolution virale!
Comme tous les génomes, les génomes des virus se copient et ce processus
génére des erreurs. Ceci permet au virus de s’adapter au changements de
l’environnement par un processus en deux temps !
(Théorie de Darwin, 1850): !
1- génération de diversité, produite au hasard, c'est à dire sans idée
préconçue. !
2- Séléction des meilleures variations par l’environnement. !
variations défavorables par rapport a l’environnement, les individus
qui en sont porteurs produiront moins de copies. !
variation favorable. Les individus porteurs produiront plus de copies.!
"gaspillage" des nombreux virus qui ont essayé les mauvaises variations…
dérisoire au vu de la vitesse de multiplication virale : !
un virus moyennement rapide peut produire près de 10.000 virus fils par jour,
soit mille milliards le quatrième jour, etc. !
La variation prend naissance au niveau des gènes, les erreurs surviennent
lors de la réplication du génome : chaque erreur, ou mutation, correspond à
un changement.!
Comme la réplicase des virus à ARN la rétrotranscriptase des rétrovirus n’a pas
de mécanisme de relecture, une erreur sur 104"nucléotides répliqués: !
Pour un génome d’environ 10.000 nucléotides: une différence en moyenne
entre deux virus frères. !
Une population en réplication est hétérogène. Cette population est appelée
quasi-espèce (espèce au sens moléculaire). C’est le cas de la plupart des virus à
ARN. (NB: en fait toutes les espéces sont hétérogènes, le membre type n’existe
pas, mais c’est particuliérement évident chez les virus)!
une mutation défavorable supprime par exemple l'activité d'une enzyme
nécessaire à la multiplication du virus : le mutant qui la porte disparaît, n'ayant
pas la possibilité de se reproduire. !
exemple de mutation favorable: glycoprotéine d'enveloppe différente: pas de
reconnaissance par le systéme immunitaire!
LAMARCK!
DARWIN!

2!
Par la méthode des
répliques on montre que
les mutations préexistent
à la sélection (résistance
aux virus par exemple)!
Le génome des virus à ADN se réplique en utilisant des
ADN polymérase, soit cellulaires (papillomavirus), soit
codées par le génome viral (herpes) ces enzymes ont
une fonction de relecture : si nucléotide incorporé est
incorrect, éliminé par l'enzyme et systèmes de
réparation de l'ADN corrigent les erreurs.
=>: taux de mutation relativement faibles : de 1/106 à
1/109, soit 1 nucléotide erroné pour 1 million à 1 milliard
de nucléotides recopiés.
Le génome des virus à ARN se réplique avec une ARN
polymérases, comme les ARN polymérases cellulaires,
les ARN polymérases virales n'ont pas de fonction de
relecture.
la cellule ne possède pas de système de réparation de
l'ARN.
=>virus à ARN : taux de mutation sont très élevés :
1/103 à 1/104 soit 1 nucléotide erroné pour 1000 à 10.000
nucléotides recopiés, limite la taille du génome (tailles
maximales 30.000 nucléotides, 30kb)
mais: avantage pour échapper aux défenses de l’hôte
(ex: grippe, HIV)
les virus a ARN se répliquent à la limite de l’erreur
catastrophique.…si le taux de mutation augmente un peu
le virus n’y survit pas (voir article TD)
Le taux de mutation lui même est soumis a la sélection
naturelle (modification des polymérases)

3!
.Per-site mutation rate versus genome size: viroids, RNA viruses (left to right)
tobacco mosaic virus, human rhinovirus, poliovirus, vesicular stomatitis virus,
bacteriophage {Phi}6, and measles virus. Single-stranded DNA viruses:
bacteriophage {Phi}X174 and bacteriophage m13. Double-stranded DNA
viruses are bacteriophage {lambda}, herpes simplex virus, bacteriophage T2, and
bacteriophage T4. Bacteria: Escherichia coli. Lower eukaryotes are
Saccharomyces cerevisiae and Neurospora crassa. Higher eukaryotes are
Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, Mus musculus, and Homo
sapiens. !
Taux de mutation des ADN polymerases!
Evolution virale!
Du fait de leur taux de réplication les génomes viraux évoluent
plus vite que ceux de leurs hôtes.!
mutations: 10-3 à 10-9 (ARN ou ADN)!
réassortiments lors d’infections mixtes: tous les virus
segmentés (grippe)!
Recombinaisons durant la réplication!
homologues (entre souches ou entre molécules co répliquées -
> effet réducteur de la diversité obtenue par mutations!
hétérologues: entre virus différents ou entre virus et hôte->
gain de nouvelles séquences/gènes!
Recombinaison des molécules d’ARN: par «"saut de
matrice"» (template switch), la réplicase se dissocie de l’ARN en
cours de réplication et reprend la synthése sur une autre
molécule. Souvent associé à structures locales de l’ARN!

4!
Superfamilles de virus ARN+, définies par la séquence des
polymérases et des protéines de réplication!
Picorna-like: «"bloc"» conservé: !
hélicase, protéase, VPg, Polymérase!
Sindbis-like: méthyl-transférase, hélicase, polymérase,!
L’arbre phylogénétique des deux grandes familles!
de virus ARN + n’est pas identique selon que l’on considére la
polymérase ou la capside!!
la polymérase est le caractére le plus ancestral ,!
l’acquisition des protéines de capside est plus tardive!
l’origine de la séparation plante/animaux n’est pas claire!
(séparation avant la divergence, échanges génétiques post-
divergence?)!
icosaédres!
hélicoidaux!
Les recombinaisons multiples rendent!
difficiles la reconstruction de la phylogénie!
des virus!
plantes!
animaux!
plantes!
animaux!

5!
ECOLOGIE VIRALE!
Plusieurs stratégies d’infection ont pu être séléctionnées par
les interactions entre le virus et les défenses de l’hôte ex:
Infection aigue et infection chronique!
Infection aigue: Ebola, Grippe, Rhume!
le virus se réplique beaucoup et il est facilement
transmissible. Il doit être transmis a un autre hôte avant
d’être détruit par les systèmes de résistance (immunitaire
etc) : conséquence: symptômes souvent violents (le virus
peut détruire son hôte car ce qui arrive à l’environnement
nécessaire à la réplication virale à peu d’importance.!
virus trés contagieux mais qui induisent une réponse de
défense solide (immunité chez les vertébrés). Soit le virus
doit varier pour revenir infecter le même hôte (grippe,
rhume) soit il n’infecte que des organismes non-immunisés
(enfants, rubéole, oreillons); thérapie: vaccination, isolement !
Infection chronique: Le virus est peu contagieux, il doit être
capable de rester longtemps dans l’hôte , infection
persistante. Le virus doit épargner les cellules qui servent à
sa multiplication et échapper aux défenses . Faible
production de virus, symptômes faibles. Sélection de virus
qui se transmettent par voie sexuelle ou de la mère a l’enfant
(le virus doit se propager avant la mort de son hôte).!
vaccination peu efficace (herpès, HIV)!
ETIOLOGIE: Etude de l’origine des maladies!