Microbiologie (Français)

tous les virus dépendent des cellules pour la reproduction et les processus métaboliques., Par eux-mêmes, les virus ne codent pas pour toutes les enzymes nécessaires à la réplication virale. Mais dans une cellule hôte, un virus peut réquisitionner la machinerie cellulaire pour produire plus de particules virales. Les bactériophages se répliquent uniquement dans le cytoplasme, car les cellules procaryotes n’ont pas de noyau ou d’organites. Dans les cellules eucaryotes, la plupart des virus à ADN peuvent se répliquer à l’intérieur du noyau, à l’exception des grands virus à ADN, tels que les poxvirus, qui peuvent se répliquer dans le cytoplasme. Les virus à ARN qui infectent les cellules animales se répliquent souvent dans le cytoplasme.,

le Cycle de vie des virus avec des hôtes procaryotes

le cycle de vie des bactériophages a été un bon modèle pour comprendre comment les virus affectent les cellules qu’ils infectent, car des processus similaires ont été observés pour les virus eucaryotes, qui peuvent causer la mort immédiate de la cellule ou établir une infection latente ou chronique. Les phages virulents conduisent généralement à la mort de la cellule par lyse cellulaire., Les phages tempérés, d’autre part, peuvent faire partie d’un chromosome hôte et sont répliqués avec le génome cellulaire jusqu’à ce qu’ils soient induits à fabriquer des virus nouvellement assemblés, ou des virus de descendance.

Le Cycle Lytique

Pendant le cycle lytique de phage virulent, le bactériophage prend le relais de la cellule, reproduit nouveaux phages, et détruit la cellule. Le phage t-Pair est un bon exemple d’une classe bien caractérisée de phages virulents. Il y a cinq étapes dans le cycle lytique des bactériophages (voir Figure 1)., L’attachement est la première étape du processus d’infection dans lequel le phage interagit avec des récepteurs de surface bactériens spécifiques (par exemple, les lipopolysaccharides et la protéine OmpC sur les surfaces de l’hôte). La plupart des phages ont une gamme d’hôtes étroite et peuvent infecter une espèce de bactéries ou une souche au sein d’une espèce. Cette reconnaissance unique peut être exploitée pour le traitement ciblé de l’infection bactérienne par la thérapie par phage ou pour le typage des phages pour identifier des sous-espèces ou des souches bactériennes uniques. La deuxième étape de l’infection est l’entrée ou la pénétration., Cela se produit par la contraction de la gaine de la queue, qui agit comme une aiguille hypodermique pour injecter le génome viral à travers la paroi cellulaire et la membrane. La tête du phage et les composants restants restent à l’extérieur des bactéries.

la Figure 1. Un phage virulent ne montre que le cycle lytique illustré ici. Dans le cycle lytique, le phage se réplique et lyse la cellule hôte.

La troisième phase de l’infection est la biosynthèse de nouveaux composants viraux., Après être entré dans la cellule hôte, le virus synthétise des endonucléases codées par le virus pour dégrader le chromosome bactérien. Il détourne ensuite la cellule hôte pour répliquer, transcrire et traduire les composants viraux nécessaires (capsomères, gaine, plaques de base, fibres de queue et enzymes virales) pour l’assemblage de nouveaux virus. Les gènes de la polymérase sont généralement exprimés tôt dans le cycle, tandis que les protéines de la capside et de la queue sont exprimées plus tard. Pendant la phase de maturation, de nouveaux virions sont créés. Pour libérer les phages libres, la paroi cellulaire bactérienne est perturbée par des protéines de phage telles que la holine ou le lysozyme., La dernière étape est la libération. Les virus Matures éclatent hors de la cellule hôte dans un processus appelé lyse et les virus descendants sont libérés dans l’environnement pour infecter de nouvelles cellules.

le Cycle Lysogénique

dans un cycle lysogénique, le génome du phage pénètre également dans la cellule par attachement et pénétration. Un premier exemple d’un phage avec ce type de cycle de vie est le phage lambda. Au cours du cycle lysogénique, au lieu de tuer l’hôte, le génome du phage s’intègre dans le chromosome bactérien et devient une partie de l’hôte. Le génome du phage intégré est appelé prophage., Un hôte bactérien avec un prophage est appelé lysogène. Le processus dans lequel une bactérie est infectée par un phage tempéré est appelé lysogénie. Il est typique des phages tempérés d’être latents ou inactifs dans la cellule. Comme la bactérie reproduit son chromosome, elle reproduit également l’ADN du phage et le transmet à de nouvelles cellules filles pendant la reproduction. La présence du phage peut modifier le phénotype de la bactérie, car il peut apporter des gènes supplémentaires (par exemple, des gènes de toxine qui peuvent augmenter la virulence bactérienne)., Ce changement dans le phénotype de l’hôte est appelé conversion lysogénique ou conversion de phage. Certaines bactéries, telles que Vibrio cholerae et Clostridium botulinum, sont moins virulentes en l’absence du prophage. Les phages infectant ces bactéries transportent les gènes de la toxine dans leur génome et augmentent la virulence de l’hôte lorsque les gènes de la toxine sont exprimés. Dans le cas de V. cholera, la toxine codée par phage peut provoquer une diarrhée sévère; dans C. botulinum, la toxine peut provoquer une paralysie., Au cours de la lysogénie, le prophage persistera dans le chromosome de l’hôte jusqu’à l’induction, ce qui entraîne l’excision du génome viral du chromosome de l’hôte. Après l’induction, le phage tempéré peut passer par un cycle lytique puis subir une lysogénie dans une cellule nouvellement infectée (voir Figure 2).

la Figure 2. Un bactériophage tempéré a des cycles lytiques et lysogéniques. Dans le cycle lysogénique, L’ADN phagique est incorporé dans le génome de l’hôte, formant un prophage, qui est transmis aux générations suivantes de cellules., Les facteurs de stress environnementaux tels que la famine ou l’exposition à des produits chimiques toxiques peuvent entraîner l’excision du prophage et entrer dans le cycle lytique.

Transduction

la Transduction se produit lorsqu’un bactériophage transfère l’ADN bactérien d’une bactérie à une autre au cours d’infections séquentielles., Il existe deux types de transduction: la transduction généralisée et la transduction spécialisée. Au cours du cycle lytique de réplication virale, le virus détourne la cellule hôte, dégrade le chromosome hôte et crée plus de génomes viraux. Comme il assemble et emballe L’ADN dans la tête de phage, l’emballage fait parfois une erreur. Au lieu d’empaqueter L’ADN viral, il prend un morceau aléatoire d’ADN d’hôte et l’insère dans la capside. Une fois libéré, ce virion injectera alors l’ADN de l’ancien hôte dans un hôte nouvellement infecté., Le transfert asexué d’informations génétiques peut permettre la recombinaison de l’ADN, fournissant ainsi au nouvel hôte de nouveaux gènes (par exemple, un gène de résistance aux antibiotiques ou un gène métabolisant le sucre).

la transduction généralisée se produit lorsqu’un morceau aléatoire d’ADN chromosomique bactérien est transféré par le phage au cours du cycle lytique. La transduction spécialisée se produit à la fin du cycle lysogénique, lorsque le prophage est excisé et que le bactériophage entre dans le cycle lytique. Depuis le phage est intégré dans le génome de l’hôte, le prophage peut se répliquer dans le cadre de l’hôte., Cependant, certaines conditions (par exemple, exposition à la lumière ultraviolette ou exposition chimique) stimulent le prophage à subir une induction, provoquant l’excision du phage du génome, entrer dans le cycle lytique et produire de nouveaux phages pour quitter les cellules hôtes. Au cours du processus d’excision du chromosome hôte, un phage peut parfois enlever de l’ADN bactérien près du site d’intégration virale. Le phage et L’ADN hôte d’une extrémité ou des deux extrémités du site d’intégration sont empaquetés dans la capside et sont transférés vers le nouvel hôte infecté., Étant donné que l’ADN transféré par le phage n’est pas emballé de manière aléatoire, mais plutôt un morceau d’ADN spécifique près du site d’intégration, ce mécanisme de transfert de gène est appelé transduction spécialisée (voir Figure 3). L’ADN peut alors se recombiner avec le chromosome de l’hôte, donnant à ce dernier de nouvelles caractéristiques. La Transduction semble jouer un rôle important dans le processus évolutif des bactéries, leur donnant un mécanisme d’échange asexué d’informations génétiques.

la Figure 3., Cet organigramme illustre le mécanisme de transduction spécialisée. Un phage intégré Excise, apportant avec lui un morceau de L’ADN adjacent à son point d’insertion. Lors de la réinfection d’une nouvelle bactérie, l’ADN du phage s’intègre avec le matériel génétique acquis de l’hôte précédent.

Cycle de vie des virus avec des hôtes Animaux

Les virus lytiques animaux suivent des stades d’infection similaires à ceux des bactériophages: fixation, Pénétration, biosynthèse, maturation et libération (voir Figure 4). Cependant, les mécanismes de pénétration, de biosynthèse des acides nucléiques et de libération diffèrent entre les virus bactériens et animaux. Après la liaison aux récepteurs de l’hôte, les virus animaux entrent par endocytose (engloutissement par la cellule hôte) ou par fusion membranaire (enveloppe virale avec la membrane de la cellule hôte)., De nombreux virus sont spécifiques à l’hôte, ce qui signifie qu’ils n’infectent qu’un certain type d’hôte; et la plupart des virus n’infectent que certains types de cellules dans les tissus. Cette spécificité s’appelle un tropisme tissulaire. Des exemples de ceci sont démontrés par le poliovirus, qui présente un tropisme pour les tissus du cerveau et de la moelle épinière, ou le virus de la grippe, qui a un tropisme primaire pour les voies respiratoires.

la Figure 4. Dans l’infection par le virus de la grippe, les glycoprotéines virales attachent le virus à une cellule épithéliale hôte. En conséquence, le virus s’est engouffrée., L’ARN Viral et les protéines virales sont fabriqués et assemblés en nouveaux virions qui sont libérés par bourgeonnement.

les virus Animaux n’expriment pas toujours leurs gènes en utilisant le flux normal d’informations génétiques—de L’ADN à L’ARN en passant par les protéines. Certains virus ont un génome dsDNA comme les organismes cellulaires et peuvent suivre le flux normal. Cependant, d’autres peuvent avoir des génomes ssDNA, dsRNA ou ssRNA. La nature du génome détermine la façon dont le génome est répliqué et exprimé sous forme de protéines virales., Si un génome est de l’adnss, les enzymes hôtes seront utilisées pour synthétiser un deuxième brin complémentaire au brin du génome, produisant ainsi de l’adnss. Le dsDNA peut maintenant être répliqué, transcrit et traduit de la même manière que L’ADN hôte.

Si le génome viral est de L’ARN, un mécanisme différent doit être utilisé. Il y a trois types de génome D’ARN: ARN dsRNA, ARN simple brin positif ( + ) (+ssRNA) ou ARN simple brin négatif ( − ) (- ssRNA). Si un virus a un génome + ssRNA, il peut être traduit directement pour fabriquer des protéines virales. Génomique Viral + ssRNA agit comme ARNm cellulaire., Toutefois, si un virus contient un génome d’ARN-ssRNA, les ribosomes hôtes ne peuvent pas le traduire tant que l’ARN −ssRNA n’est pas répliqué en ARN-ssRNA par L’ARN polymérase ARN-dépendante virale (Rdrp) (voir Figure 5). Le RdRP est introduit par le virus et peut être utilisé pour fabriquer +ssRNA à partir du génome original-ssRNA. Le RdRP est également une enzyme importante pour la réplication des virus dsRNA, car il utilise le brin négatif du génome double brin comme modèle pour créer +ssRNA. Les copies nouvellement synthétisées +ssRNA peuvent ensuite être traduites par des ribosomes cellulaires.,

la Figure 5. Les virus à ARN peuvent contenir +ssRNA qui peut être lu directement par les ribosomes pour synthétiser des protéines virales. Les virus contenant-ssRNA doivent d’abord utiliser le −ssRNA comme modèle pour la synthèse de +ssRNA avant que les protéines virales puissent être synthétisées.

un mécanisme alternatif de synthèse des acides nucléiques viraux est observé dans les rétrovirus, qui sont des virus +ARN SSR (voir Figure 6)., Les virus à ARN monocaténaire tels que le VIH transportent une enzyme spéciale appelée transcriptase inverse dans la capside qui synthétise une copie complémentaire de l’adnss (ADNc) en utilisant le génome de l’adnss +comme modèle. L’adnss est ensuite transformé en adnsd, qui peut s’intégrer dans le chromosome hôte et devenir une partie permanente de l’hôte. Le génome viral intégré s’appelle un provirus. Le virus peut maintenant rester longtemps dans l’hôte pour établir une infection chronique. Le stade provirus est similaire au stade prophage dans une infection bactérienne pendant le cycle lysogénique., Cependant, contrairement au prophage, le provirus ne subit pas d’excision après l’épissage dans le génome.

la Figure 6. Cliquez pour voir une image plus grande. Le VIH, un rétrovirus icosaédrique enveloppé, se fixe à un récepteur de surface cellulaire d’une cellule immunitaire et fusionne avec la membrane cellulaire. Le contenu Viral est libéré dans la cellule, où les enzymes virales convertissent le génome d’ARN monocaténaire en ADN et l’incorporent dans le génome d’hôte., (crédit: modification des travaux du NIAID, NIH)

Infections persistantes

l’infection persistante se produit lorsqu’un virus n’est pas complètement éliminé du système de l’hôte mais reste dans certains tissus ou organes de la personne infectée. Le virus peut rester silencieux ou subir une infection productive sans nuire gravement ou tuer l’hôte., Les mécanismes d’infection persistante peuvent impliquer la régulation des expressions du gène viral ou de l’hôte ou l’altération de la réponse immunitaire de l’hôte. Les deux principales catégories d’infections persistantes sont une infection latente et l’infection chronique. Des exemples de virus qui causent des infections latentes comprennent le virus de l’herpès simplex (herpès oral et génital), le virus varicelle-zona (varicelle et Zona) et le virus D’Epstein-Barr (mononucléose). Le virus de l’hépatite C et le VIH sont deux exemples de virus qui causent des infections chroniques à long terme.,

Infection latente

tous les virus animaux ne subissent pas de réplication par le cycle lytique. Il y a des virus qui sont capables de rester cachés ou dormants à l’intérieur de la cellule dans un processus appelé latence. Ces types de virus sont connus sous le nom de virus latents et peuvent causer des infections latentes. Les virus capables de latence peuvent d’abord provoquer une infection aiguë avant de devenir dormants.

Par exemple, le virus varicelle-zona infecte de nombreuses cellules dans tout le corps et provoque la varicelle, caractérisée par une éruption cutanée de cloques recouvrant la peau., Environ 10 à 12 jours après l’infection, la maladie se résout et le virus devient dormant, vivant dans les ganglions des cellules nerveuses pendant des années. Pendant ce temps, le virus ne tue pas les cellules nerveuses et ne continue pas à se répliquer. On ne sait pas pourquoi le virus cesse de se répliquer dans les cellules nerveuses et exprime peu de protéines virales, mais, dans certains cas, généralement après de nombreuses années de dormance, le virus est réactivé et provoque une nouvelle maladie appelée zona (Figure 7)., Alors que la varicelle affecte de nombreuses régions du corps, le zona est une maladie spécifique des cellules nerveuses émergeant des ganglions dans lesquels le virus était en sommeil.

la Figure 7. (a) varicelle-zona, le virus qui cause la varicelle, a une capside icosaédrique enveloppée visible dans cette micrographie électronique de transmission. Son génome D’ADN double brin devient incorporé dans l’ADN de l’hôte. (B) après une période de latence, le virus peut se réactiver sous forme de zona, se manifestant généralement par une éruption cutanée douloureuse et localisée d’un côté du corps., (crédit a: modification des travaux d’Erskine Palmer et B. G. Partin—scale-bar data de Matt Russell; crédit b: modification des travaux de Rosmarie Voegtli)

Les virus latents peuvent rester dormants en existant sous forme de molécules circulaires du génome viral à l’extérieur du chromosome hôte. D’autres deviennent des provirus en s’intégrant dans le génome de l’hôte. Pendant la dormance, les virus ne provoquent aucun symptôme de maladie et peuvent être difficiles à détecter. Un patient peut ne pas savoir qu’il est porteur du virus à moins qu’un test de diagnostic viral n’ait été effectué.,

Infection Chronique

Une infection chronique est une maladie dont les symptômes sont récurrents ou persistants sur un temps long. Certaines infections virales peuvent être chroniques, si le corps est incapable d’éliminer le virus. Le VIH est un exemple de virus qui produit une infection chronique, souvent après une longue période de latence. Une fois qu’une personne est infectée par le VIH, Le virus peut être détecté dans les tissus de manière continue par la suite, mais les patients non traités ne présentent souvent aucun symptôme pendant des années., Cependant, le virus maintient une persistance chronique grâce à plusieurs mécanismes qui interfèrent avec la fonction immunitaire, notamment la prévention de l’expression des antigènes viraux à la surface des cellules infectées, la modification des cellules immunitaires elles-mêmes, la restriction de l’expression des gènes viraux et la modification rapide des antigènes viraux par mutation. Finalement, les dommages au système immunitaire entraînent une progression de la maladie conduisant au syndrome d’immunodéficience acquise (SIDA)., Les divers mécanismes que le VIH utilise pour éviter d’être éliminé par le système immunitaire sont également utilisés par d’autres virus infectant chroniquement, y compris le virus de l’hépatite C.

Cycle de vie des virus avec des hôtes végétaux

Les virus végétaux ressemblent davantage aux virus animaux qu’aux bactériophages. Les virus végétaux peuvent être enveloppés ou non. Comme beaucoup de virus animaux, les virus végétaux peuvent avoir un génome D’ADN ou D’ARN et être simple brin ou double brin., Cependant, la plupart des virus végétaux n’ont pas de génome D’ADN; la majorité ont un génome +ssRNA, qui agit comme un ARN messager (ARNm). Seule une minorité de virus végétaux ont d’autres types de génomes.

les virus végétaux peuvent avoir une gamme d’hôtes étroite ou large. Par exemple, le virus citrus tristeza n’infecte que quelques plantes du genre Citrus, tandis que le virus de la mosaïque du concombre infecte des milliers de plantes de différentes familles de plantes. La plupart des virus végétaux sont transmis par contact entre les plantes, ou par des champignons, des nématodes, des insectes ou d’autres arthropodes qui agissent comme vecteurs mécaniques., Cependant, certains virus ne peuvent être transférés que par un type spécifique d’insecte vecteur; par exemple, un virus particulier peut être transmis par des pucerons mais pas par des aleurodes. Dans certains cas, les virus peuvent également pénétrer dans les plantes saines par des blessures, comme cela peut se produire en raison de la taille ou des dommages causés par les intempéries.

Les virus qui infectent les plantes sont considérés comme des parasites biotrophes, ce qui signifie qu’ils peuvent établir une infection sans tuer l’hôte, similaire à ce qui est observé dans les cycles de vie lysogènes des bactériophages. L’infection virale peut être asymptomatique (latente) ou entraîner la mort cellulaire (infection lytique)., Le cycle de vie commence avec la pénétration du virus dans la cellule hôte. Ensuite, le virus n’est pas enduit dans le cytoplasme de la cellule lorsque la capside est enlevée. Selon le type d’acide nucléique, les composants cellulaires sont utilisés pour répliquer le génome viral et synthétiser des protéines virales pour l’assemblage de nouveaux virions. Pour établir une infection systémique, le virus doit saisir une partie du système vasculaire de la plante, comme le phloème. Le temps requis pour une infection systémique peut varier de quelques jours à quelques semaines selon le virus, l’espèce végétale et les conditions environnementales., Le cycle de vie du virus est complet lorsqu’il est transmis d’une plante infectée à une plante saine.

courbe de croissance virale

contrairement à la courbe de croissance d’une population bactérienne, la courbe de croissance d’une population virale au cours de son cycle de vie ne suit pas une courbe sigmoïdale. Au cours de la phase initiale, un inoculum de virus provoque une infection. Dans la phase d’éclipse, les virus se lient et pénètrent dans les cellules sans virions détectés dans le milieu., La principale différence qui apparaît ensuite dans la courbe de croissance virale par rapport à une courbe de croissance bactérienne se produit lorsque les virions sont libérés de la cellule hôte lysée en même temps. Une telle occurrence est appelée une rafale, et le nombre de virions par bactérie libérée est décrit comme la taille de la rafale. Dans une courbe de multiplication en une étape pour le bactériophage, les cellules hôtes lyse, libérant de nombreuses particules virales dans le milieu, ce qui conduit à une très forte augmentation du titre viral (le nombre de virions par unité de volume)., S’il ne reste plus de cellules hôtes viables, les particules virales commencent à se dégrader pendant le déclin de la culture (Voir Figure 8).

la Figure 8. La courbe de multiplication en une étape pour une population de bactériophages suit trois étapes: 1) inoculation, au cours de laquelle les virions se fixent aux cellules hôtes; 2) éclipse, au cours de laquelle l’entrée du génome viral se produit; et 3) éclatement, lorsqu’un nombre suffisant de nouveaux virions sont produits et émergent de la cellule hôte. La taille de l’éclatement est le nombre maximal de virions produits par bactérie.,

Ebola aux États—Unis

Le 24 septembre 2014, Thomas Eric Duncan est arrivé au Texas Health Presbyterian Hospital à Dallas se plaignant de fièvre, de maux de tête, de vomissements et de diarrhée-symptômes couramment observés chez les patients atteints de rhume ou de grippe., Après examen, un médecin du service des urgences lui a diagnostiqué une sinusite, lui a prescrit des antibiotiques et l’a renvoyé chez lui. Deux jours plus tard, Duncan est retourné à l’hôpital en ambulance. Son état s’était détérioré et des analyses de sang supplémentaires ont confirmé qu’il avait été infecté par le virus Ebola.

D’autres enquêtes ont révélé que Duncan venait de rentrer du Libéria, l’un des pays en proie à une grave épidémie D’Ebola., Le 15 septembre, neuf jours avant son arrivée à L’hôpital de Dallas, Duncan avait aidé à transporter un voisin atteint D’Ebola dans un hôpital du Libéria. L’hôpital a continué à traiter Duncan, mais il est décédé plusieurs jours après avoir été admis.

la Figure 9. Les chercheurs travaillant avec le virus Ebola utilisent des couches de défenses contre les infections accidentelles, y compris des vêtements de protection, des systèmes respiratoires et des armoires à pression d’air négative pour le travail au banc. (crédit: modification de L’œuvre par Randal J., Schoepp)

la chronologie du cas Duncan est indicative du cycle de vie du virus Ebola. Le temps d’incubation pour Ebola varie de 2 jours à 21 jours. Neuf jours se sont écoulés entre L’exposition de Duncan à l’infection virale et l’apparition de ses symptômes. Cela correspond, en partie, à la période d’éclipse dans la croissance de la population de virus. Pendant la phase d’éclipse, Duncan aurait été incapable de transmettre la maladie à d’autres personnes. Cependant, une fois qu’une personne infectée commence à présenter des symptômes, la maladie devient très contagieuse., Le virus Ebola est transmis par contact direct avec des gouttelettes de fluides corporels tels que la salive, le sang et le vomi. Duncan aurait pu transmettre la maladie à d’autres personnes à tout moment après avoir commencé à avoir des symptômes, probablement quelque temps avant son arrivée à L’hôpital de Dallas. Une fois qu’un hôpital se rend compte qu’un patient comme Duncan est infecté par le virus Ebola, le patient est immédiatement mis en quarantaine, et les responsables de la santé publique initient une trace arrière pour identifier toutes les personnes avec lesquelles un patient comme Duncan pourrait avoir interagi pendant la période au cours de laquelle il présentait des symptômes.,

Les responsables de la santé publique ont pu retrouver 10 personnes à haut risque (membres de la famille de Duncan) et 50 personnes à faible risque afin de surveiller les signes d’infection. Aucun contracté la maladie. Cependant, L’une des infirmières chargées des soins de Duncan a été infectée. Ceci, ainsi que le diagnostic erroné initial de Duncan, a clairement montré que les hôpitaux américains devaient fournir une formation supplémentaire au personnel médical pour prévenir une éventuelle épidémie D’Ebola aux États-Unis.

• Quels types de formation peuvent préparer les professionnels de la santé à contenir les épidémies émergentes comme L’épidémie D’Ebola de 2014?,
• Quelle est la différence entre un pathogène contagieux et un agent pathogène infectieux?