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Biologie

La place des Coronavirus dans le monde des virus

Coronavirus

Structure du Coronavirus SARS-CoV-2.

Les virus sont déconcertants. Ils ne jouent a première vue qu’un rôle destructeur mais ils sont présents sur Terre depuis l’aube de la vie et n’ont pas du tout entravé son développement. Dans les océans actuels, ce sont les entités biologiques les plus abondantes et les plus variées. Il semble que de nombreuses espèces aient tiré profit de leur présence. Ils permettent par exemple des transferts de gènes. Certaines bactéries, comme celles du choléra, de la diphtérie et du botulisme, ont acquis leur toxicité grâce à un gène d’origine virale. Chez les mammifères, une protéine d’origine également virale, la syncitine, semble indispensable à la formation du placenta.

Les virus ne sont eux-mêmes pas vivants car ils n’ont pas de métabolisme : ils ne fabriquent pas eux-mêmes les molécules dont ils sont constitués. Ainsi, ils ne disposent pas des ribosomes, qui servent à synthétiser les protéines. Ils ne devraient donc pas être qualifiés d’organismes, puisque ce mot désigne un « être vivant ayant une individualité propre ». C’est pourquoi ils sont désignés ici comme des « entités biologiques ».

Virus de la grippe H1N1 quittant leur cellule hôte. Image grossie 100 000 fois. Cynthia Goldsmith, domaine public.

Structure des virus

Ils possèdent cependant du matériel génétique réplicable, qui est l’une des caractéristiques fondamentales des êtres vivants. Les virus ont de l’acide ribonucléique (ARN) ou de l’acide désoxyribonucléique (ADN), qui constitue leur génome. Il peut être simple ou double brin, circulaire ou linéaire, segmenté ou non. Dans les trois domaines de la vie, les bactéries, les archées (les organismes unicellulaires sans noyau ou procaryotes) et les eucaryotes, l’information génétique n’est portée que par l’ADN. L’ARN existe chez elles mais elle ne constitue pas leur génome. Les ribosomes fonctionnent en décodant l’information contenue dans l’ARN messager, qui est une copie transitoire d’une portion d’ADN correspondant à un ou plusieurs gènes.

Les virus possèdent une coque formée de protéines appelée la capside. Leur génome est contenu dedans. Beaucoup de virus entourent leur capside d’une enveloppe aussi appelée péplos, du nom d’une tunique de la Grèce antique. Ceux qui n’en ont pas sont appelés des virus nus. Les Adénovirus et les Papillomavirus, dont le génome est constitué d’ADN, en sont des exemples. L’enveloppe est constituée de glycoprotéines. Elle est facilement détruite, ce qui rend les virus enveloppés plus vulnérables que les virus nus, car ils doivent rester entier pour subsister. À l’extérieur, en l’absence d’eau, ils sont inactivés. Il en est de même dans les tubes digestifs, à cause de l’acidité et des enzymes digestives. En revanche, les virus enveloppés infectent plus facilement les organismes. Les virus capables de déclencher des pandémies sont tous enveloppés : le HIV, les virus de la grippe, le virus Ebola et les Coronavirus.

Le rhinovirus 16, l’un des virus provoquant les rhumes. Les protéines spiculaires (de l’enveloppe) ont été coloriées en gris pour plus de clarté. La ressemblance avec un ballon de football vient du fait que tous les deux ont une symétrie isocaédrique.

Même la plus simple des bactéries est un organisme beaucoup plus complexe qu’un virus. Cela se voit à leurs tailles. La plupart des virus aquatiques ont un diamètre compris entre 20 et 30 nm, un nanomètre valant un millionième de millimètre. Les bactéries peuvent avoir d’un à plusieurs centaines de micromètres de diamètre ou de long, un micromètre valant un millième de millimètre – mais la bactérie sphérique pathogène Mycoplasma pneumoniae a 0,2 µm de diamètre. On peut donc dire que celles-ci sont un millier de fois plus grandes que les virus. Cependant, des virus géants, tous aquatiques, ont été découverts depuis 2003. Megavirus chilensis, isolé au large du Chili en 2010, a une capside de 440 nm de diamètre. Les Pandoravirus atteignent le micromètre. Megaklothovirus horridgei a 3,9 µm de long, ce qui le rend deux fois plus long que la bactérie Escherichia coli. Il infecte des animaux pluricellulaires.

Il est ici question de la forme que les virus possèdent à l’extérieur, quand ils n’infectent pas une cellule : ce sont des virions. Les virus sont incapables de se multiplier. Pour cela, les virions doivent s’introduire dans une cellule procaryote ou eucaryote et détourner sa machinerie, qui se met alors à produire des virions. Si la libération de ceux-ci entraîne la destruction de la cellule, le virus est dit virulent. Si la cellule continue à vivre, tout en restant infectée, le virus est dit tempéré. Elle peut continuer à se diviser, auquel cas les générations suivantes sont elles aussi infectées. Le virus prend la forme d’un provirus : c’est un génome viral intégré dans le chromosome de l’hôte ou resté libre dans la cellule. Il doit se répliquer en même temps que le chromosome de l’hôte.

Le phage lambda, qui infecte la bactérie Escherichia coli. C’est l’un des bactériophages (virus s’attaquant aux bactéries) tempérés les mieux étudiés. Le virion est constitué d’une tête isocaédrique prolongée par une queue et des fibrilles permettant l’ancrage sur la bactérie. Il a 200 nm de long. Son génome de 48 000 bases azotées est une molécule d’ADN double brin et linéaire. @Zlir’a / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0.

Infection des cellules hôtes

La multiplication des virus est un processus complexe qui ne sera pas décrit ici. Disons seulement que le virion doit s’attacher à une cellule grâce aux protéines de sa capside ou aux glycoprotéines de son enveloppe. Pour cela, elle doit y trouver des récepteurs spécifiques, c’est pourquoi les virus ne peuvent infecter que certaines espèces et certains organes au sein de chaque espèce. Le virion doit ensuite pénétrer dans la cellule et la capside doit être détruite afin que le génome soit libéré. Il se substitue en partie ou en totalité au génome cellulaire.

Dans tous les cas, la réplication fait appel à des ARN messagers. Si le génome du virus est un ARN (auquel cas c’est un ribovirus), et plus encore si cette acide nucléique est simple brin et à polarité positive, le processus est simplifié puisqu’il peut faire office d’ARN messager. C’est le cas des Coronavirus, des rhinovirus, qui sont à l’origine des rhumes ordinaires, et des poliovirus, les agents responsables de la poliomyélite. Dans la classification de Baltimore, ces virus constituent la classe IV. Les ribosomes de la cellule hôte traduisent directement leurs génomes en protéines virales. Les virions produits acquièrent de la sorte une capside. S’ils sont nus, ils sont libérés par éclatement de la cellule. S’ils sont enveloppés, ils sont libérés par bourgeonnement. C’est en traversant la membrane de la cellule qu’ils acquièrent leurs enveloppes hérissées de spicules glycoprotéiques. Une cellule infectée produit d’une centaine à un millier de virions.

La réplication peut provoquer des mutations, beaucoup plus chez les ribovirus que chez les virus à ADN parce qu’ils n’ont pas de mécanisme de repérage et de correction d’erreur – les ADN polymérases. Par conséquent, bien que les virus ne soient pas des êtres vivants, ils évoluent comme eux. Avec le temps, les espèces de virus ont tendance à se multiplier, mais ils sont également soumis à la sélection naturelle. Actuellement, on a observé environ 6 200 types de particules virales au microscope électronique à transmission, la majorité infectant des procaryotes.

Comme avec les trois domaines de la vie, les virus sont classés en ordres, familles, sous-familles, genres et espèces. Le nom de l’ordre finit avec le suffixe -virales, le nom de la famille avec le suffixe -viridae, le nom de la sous-famille en -virinae. Enfin, comme on l’a vu avec les rhinovirus et les polyovirus, le nom de chaque genre et espèce devrait finir par -virus. Par exemple, les Coronavirus appartiennent à l’ordre des Nidovirales, à la famille de Coronaviridae et à la sous-famille de Orthocoronavirinae. Les Nidovirales sont des virus à ARN monocaténaire (simple brin) à polarité positive. Cette famille peut être représenté par un arbre phylogénétique.

Virions de SARS-CoV vus par un microscope électronique à balayage. CDC/Mary Ng Mah Lee, National University of Singapore, Singapore.

Les Coronavirus

Les Coronoviridae se distinguent par leurs larges spicules d’enveloppe donnant aux virions un aspect en couronne, d’où leur nom. Ils sont plus résistants que d’autres virus enveloppés, si bien qu’ils peuvent survivre à la digestion et se retrouver dans les selles. En revanche, leur fréquence de mutation et de recombinaison est élevée. Il est donc inévitable de voir d’autres espèces émerger dans les prochaines années.

Les quatre genres constituant la sous-famille des Orthocoronavirinae sont désignés grâce aux quatre premières lettres de l’alphabet grec : les Alphacoronavirus (dont le HCoV-229E identifié en 1965, causant un rhume chez les humains), les Betacoronavirus (dont le HCoV-OC43 causant également un rhume), les Gammacoronavirus et les Deltacoronavirus, les deux derniers infectant de préférence les oiseaux. Par exemple, le virus de la bronchite infectieuse du poulet est un Gammacoronavirus. Le Bulbul-CoV-HKU11 et le Munia-CoV-HKU13, des Deltacoronavirus découverts en 2008, infectent des espèces de passereaux. Leur génomes de 26 476-26 487 et de 26 552 bases azotées (adénine, cytosine, guanine et uracile) sont les plus petits parmi les Coronavirus. Cette famille a été définie en 1967 après la découverte des virus HCoV-229E et HCoV-OC43.

Arbre phylogénétique des Coronavirus d’après Wu Aiping et al., Genome Composition and Divergence of the Novel Coronavirus (2019-nCoV) Originating in China, Cell Host & Microbe 27, March 11, 2020.

Elle a acquis sa célébrité lors d’une épidémie qui a débuté en 2002 en Chine, et qui s’est poursuivie jusqu’en 2003. Elle a causé une maladie appelée le SARS (severe acute respiratory syndrome) en anglais et le SRAS (syndrome respiratoire aigu sévère) en français. C’était un Betacoronavirus considéré aujourd’hui comme éteint, appelé SARS-CoV. Il était porté par une chauve-souris et a été apporté à l’Homme par un mammifère rare consommé en Chine du Sud, la civette palmiste à masque (Paguma larvata). En 2012, le dromadaire a apporté une autre maladie, le MERS (Middle East respiratory syndrome) au Moyen-Orient et notamment en Arabie saoudite. C’était une pneumonie aiguë. On considère que ce nouveau Betacoronavirus, le MERS-CoV, peut resurgir.

Le virus responsable de l’épidémie de 2019-2020, appelé SARS-CoV-2, est également un Betacoronavirus. Son origine reste à déterminer. La maladie qu’il provoque est la COVID-19, Coronavirus disease 2019. Les virions ont entre 60 et 140 nm de diamètre, si bien qu’ils sont assez grands. Ils sont entourés de spicules de 9 à 12 nm de long. Ils ont entre 26 000 et 30 000 bases azotées. Ce virus est étroitement apparenté au SARS-CoV. On les regroupe dans le sous-genre des Sarbecovirus, avec d’autres virus trouvés dans des chauves-souris et des pangolins particulièrement proches du SARS-CoV-2.

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