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Introduction

L’intention de cet article est de fournir quelques connaissances générales sur les virus, comment ils conduisent à l’infection et comment le système immunitaire du corps réagit. Bien que minuscules, les virus sont des entités complexes et diverses qui ont la capacité d’infecter des hôtes, de se répliquer puis de se propager à d’autres hôtes. En outre, les virus peuvent parfois se transférer entre espèces hôtes, ou bien ils peuvent muter et réinfecter l’espèce hôte d’origine.

Qu’est-ce qu’un virus ?

Les virus sont des paquets microscopiques d’information génétique (ADN ou ARN, selon le type de virus), enveloppés dans une enveloppe protéique. Ils peuvent varier en forme et en taille, et se situent généralement entre 20 et 300 nanomètres (un nanomètre est un mètre divisé par mille millions) (figure 1). Les virus peuvent exister en dehors de leur hôte, mais ils ne peuvent pas se répliquer de manière isolée et ne disposent d’aucune des « machines » cellulaires d’une cellule normale, ni d’aucun métabolisme. En fait, la question de savoir si les virus sont réellement une forme de vie fait l’objet d’un débat et ils sont parfois considérés comme étant à la « limite de la vie ». Comme les vraies formes de vie, les virus possèdent du matériel génétique, peuvent se reproduire et évoluer par des processus impliquant des mutations et une sélection naturelle (bien que la mutation nécessite des cellules hôtes plutôt que de se produire de manière autonome ; contrairement aux organismes vivants).

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Figure 1. Morphologie et taille relative approximative des différentes familles de virus. Les virus sont constitués d’ADN ou d’ARN qui sont souvent étroitement associés à des protéines pour leur donner plus de stabilité. Le matériel génétique (ADN ou ARN) peut être contenu dans des protéines de forme régulière qui donnent des formes géométriques (capside) ou avoir une couverture membranaire plus lâche, ou les deux.

Après avoir infecté un hôte, un virus va pénétrer dans les cellules de l’hôte (dans un tissu spécifique ou plus généralement, selon le virus), et prendre le contrôle des systèmes cellulaires transformant ainsi la cellule en une usine à virus produisant de nombreuses nouvelles particules virales. Cette invasion et cette altération des fonctions peuvent provoquer des changements spectaculaires dans les cellules de l’hôte, qui peuvent les endommager ou les tuer. La production de nouvelles particules virales conduit à l’infection d’un plus grand nombre de cellules de l’hôte et sous-tend la transmission du virus à un nouvel hôte.

On estime que chaque millilitre d’eau de mer contient jusqu’à 100 millions de virus, tandis que les sédiments lacustres contiennent environ 20 milliards de virus par gramme.La durée pendant laquelle un virus peut rester viable en dehors de son hôte dépend du virus et de son environnement. Certains virus peuvent survivre dans l’air ou sur des surfaces solides pendant plusieurs jours ou semaines. En revanche, les virus présents dans l’eau ont tendance à survivre plus longtemps – jusqu’à un an dans de l’eau froide propre. La chaleur, les détergents ou les rayons UV peuvent inactiver les virus en quelques minutes. En revanche, les températures de congélation peuvent préserver les virus.

Il existe de nombreux types de virus et ils sont partout. Par exemple, on estime que chaque millilitre d’eau de mer contient jusqu’à 100 millions de virus, tandis que les sédiments des lacs contiennent environ 20 milliards de virus par gramme. Les personnes infectées peuvent excréter de nombreuses particules virales. Les patients atteints du virus de l’estomac, le rotavirus, libèrent jusqu’à 10 milliards de particules virales par gramme de fèces.

La gamme d’organismes vivants que les virus infectent est vaste. En fait, on considère que tous les organismes, des entités unicellulaires comme les bactéries, aux plantes et animaux multicellulaires plus complexes, sont susceptibles d’être infectés par différents types de virus. Certains virus infectent spécifiquement certaines espèces hôtes, tandis que d’autres infectent un large éventail d’espèces différentes. Les conséquences de l’infection virale varient également énormément d’une interaction hôte-virus à l’autre. En général, mais pas toujours, l’infection virale entraîne une maladie de l’organisme hôte.

D’où viennent les virus ?

Il existe plusieurs théories concernant l’origine des virus. Le fait qu’ils infectent toutes les formes de vie suggère qu’ils ont des origines anciennes.Il existe plusieurs théories concernant l’origine des virus. Le fait qu’ils infectent toutes les formes de vie suggère qu’ils ont des origines très anciennes. Comme indiqué plus haut, les virus sont essentiellement constitués de matériel génétique (ADN ou ARN) entouré d’une enveloppe protéique. Pour être efficace, le matériel génétique des virus (communément appelé « génome viral ») doit coder pour un nombre suffisant de gènes afin que le virus puisse réaliser le cycle d’infection-réplication-réinfection. La quantité d’information génétique contenue dans un virus est minuscule. Par exemple, les génomes des coronavirus contiennent environ 30 000 bases nucléotidiques, alors que le génome humain est environ 10 000 fois plus grand, composé de plus de 3 milliards de paires de bases (« bases » et « paires de bases » sont des termes de biologie faisant référence aux structures chimiques de l’ARN et de l’ADN ; les séquences de bases dans l’ARN et l’ADN codent pour toutes les protéines et déterminent les caractéristiques physiques des organismes).

Mais, comment les virus sont-ils apparus ? Une idée est que les virus ont évolué à partir de courtes séquences de matériel génétique qui faisaient initialement partie d’une entité plus grande. Il est suggéré que ces courtes séquences de matériel génétique, encapsulant un génome viral viable, se sont échappées de la cellule d’origine. En effet, on sait que certaines séquences d’ADN ont la capacité de se découper du génome d’une cellule et de se réinsérer dans une autre partie du génome. Si de tels « éléments transposables » s’accrochaient à un morceau de membrane cellulaire et s’échappaient de la cellule, ils pourraient se déplacer vers une autre cellule, un peu comme le ferait un virus. Cependant, selon un autre point de vue, les virus seraient en fait plus anciens que les autres cellules. En effet, la majorité des protéines virales ne présentent aucune similitude avec les protéines d’autres organismes, ce qui suggère que leurs génomes sont distincts et qu’ils sont antérieurs à la vie cellulaire. Comme il existe de très nombreux types de virus, il est possible que les deux idées soient correctes et que différentes familles de virus soient apparues indépendamment.

Les différents types de virus emploient diverses stratégies de réplication lorsqu’ils infectent une cellule. Les rétrovirus, par exemple, ont un génome d’ARN. Les rétrovirus possèdent également une enzyme qui peut utiliser le modèle d’ARN pour produire de l’ADN, qui peut ensuite s’insérer dans l’ADN de la cellule hôte. Cela signifie que la cellule infectée et toute sa progéniture contiendront de l’ADN viral. Le virus de l’immunodéficience humaine (VIH) est un exemple de rétrovirus. Ce processus d’intégration du génome viral dans les génomes des cellules hôtes se produit depuis des millions d’années et on estime qu’environ 8 % de notre ADN provient en fait de virus.

Comment les virus nous infectent-ils ?

La surface de la plupart des virus est constellée de protéines qui permettent aux particules virales de se fixer aux cellules hôtes et d’y pénétrer. L’interaction des virus et des cellules hôtes se fait par l’intermédiaire de protéines spécifiques du virus et de la cellule hôte : bloquer cette interaction est un moyen potentiel d’inhiber les infections virales. Une fois à l’intérieur d’une cellule, les particules virales se désassemblent et l’information génétique virale devient un modèle pour la cellule hôte qui commence à fabriquer de nouvelles protéines et de nouveaux génomes viraux. Les nouvelles particules virales sont soit libérées de la cellule hôte pendant qu’elle continue à fonctionner, soit la cellule hôte éclate et meurt, libérant ainsi les particules virales à l’intérieur.

Comment le corps réagit-il à un virus ?

Les différentes espèces ont évolué vers différentes stratégies pour surmonter les infections virales. Chez l’homme, le système immunitaire peut être classé en deux types : inné et adaptatif, qui assurent tous deux une protection contre les infections virales. Le système immunitaire inné comprend des barrières physiques (par exemple, les muqueuses), des messagers chimiques (par exemple, les cytokines, un type de molécule de signalisation utilisée par les cellules) et différents types de cellules (par exemple, les leucocytes, les globules blancs) et constitue la première ligne de défense contre les micro-organismes envahissants. Une cytokine particulièrement importante est l’interféron, qui est libéré par les cellules lorsqu’elles sont infectées par des particules virales. Les molécules d’interféron libérées par une cellule infectée peuvent activer des mécanismes de signalisation dans les cellules voisines afin d’inhiber toute nouvelle infection virale. Il a été suggéré que les cellules infectées par le SRAS-CoV-2 pourraient ne pas libérer des interférons dans la même mesure que lors d’autres infections virales.

Contrairement au système immunitaire inné, le grand avantage du système immunitaire adaptatif est qu’il se souvient des virus et des bactéries qu’il a rencontrés.Des interventions plus ciblées contre les virus proviennent du système immunitaire adaptatif. Le système immunitaire adaptatif implique également des leucocytes, comme les lymphocytes qui reconnaissent les protéines étrangères et produisent des anticorps. Un anticorps se lie à une région spécifique (appelée épitope) d’une protéine étrangère, permettant ainsi de cibler uniquement le matériel envahissant pour l’éliminer. La production d’anticorps par le système immunitaire adaptatif peut prendre plusieurs jours pour se développer, de sorte qu’il peut y avoir un décalage entre le début de l’infection et la capacité à organiser une réponse. Cependant, contrairement au système immunitaire inné, le grand avantage du système immunitaire adaptatif est qu’il se souvient des virus et des bactéries qu’il a rencontrés. Par conséquent, si l’organisme est à nouveau exposé au même agent pathogène, il peut rapidement augmenter à nouveau la production de ces anticorps spécifiques. Cette immunité peut diminuer avec le temps, au fur et à mesure que les cellules qui se souviennent de l’agent pathogène déclinent, ce qui explique pourquoi les gens peuvent avoir besoin d’être revaccinés contre une maladie spécifique.

Afin d’empêcher la propagation des virus dans notre corps, certaines cellules infectées subissent un type de mort spécialisé connu sous le nom d’apoptose (également appelé « mort cellulaire programmée »). L’apoptose est un processus physiologique et un élément normal de la vie qui est utilisé de manière hautement régulée pour éliminer les cellules endommagées, indésirables ou infectées dans tous les tissus. Les cellules infectées par un virus peuvent déclencher l’apoptose et ainsi mourir. Cela semble être un plan d’action drastique, mais il limite efficacement la libération continue de nouveaux virus à partir d’une cellule.

Les virus ne sont pas tous « mauvais »

Ces dernières années, de nombreuses bactéries sont devenues résistantes aux antibiotiques. Les virus qui infectent et détruisent les bactéries sont donc devenus l’objet de la recherche médicale. Ces virus, appelés bactériophages, n’infectent pas les cellules humaines, ils peuvent donc être utilisés comme agents antibiotiques sélectifs. D’autres virus qui infectent sélectivement les cellules humaines peuvent être utilisés pour délivrer de l’ADN thérapeutique dans les cellules des patients, une technique connue sous le nom de thérapie génique.

Que savons-nous du nouveau coronavirus qui cause le COVID-19 ?

Le COVID-19 est une maladie causée par un type de coronavirus nouvellement reconnu appelé SARS-CoV-2. Des théories ont été proposées sur la façon dont ce nouveau coronavirus est apparu, mais des informations supplémentaires sont nécessaires avant que son origine puisse être établie. Parmi les autres membres de la famille des coronavirus figurent les virus responsables du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS) et du syndrome respiratoire du Moyen-Orient (MERS), qui provoquent également de graves infections des voies respiratoires supérieures chez l’homme. Ces mêmes virus peuvent également infecter les animaux. Chez les poulets, ils provoquent également une infection des voies respiratoires, tandis que chez les vaches et les porcs, ils provoquent des diarrhées. Les données actuelles suggèrent que le SRAS-CoV-2 entraîne un risque de mortalité moindre (~1% des personnes infectées décèdent) par rapport au SRAS (10%) et au MERS (37%), mais supérieur à celui de la grippe (0,1%).

La surface du SRAS-CoV-2 est recouverte de grappes de protéines « en pointe » (figure 2). Ces protéines se fixent spécifiquement à une protéine appelée enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ECA2), présente à la surface des cellules des poumons et d’autres organes tels que le cœur, les reins et les intestins. Une fois fixée, le SRAS-CoV-2 est internalisé dans la cellule, la particule virale s’ouvre et libère son génome d’ARN, qui est ensuite utilisé comme modèle pour fabriquer d’autres ARN et protéines virales. On a constaté que les cellules impliquées dans les systèmes immunitaires inné et adaptatif peuvent être rapidement épuisées après une infection par le SRAS-CoV-2, compromettant ainsi gravement l’immunité antivirale.

The Open University sous licence Creative Commons BY-NC-SA 4.0

Figure 2. Diagramme de la structure du coronavirus.

L’illustration montre la structure d’un coronavirus en coupe transversale. Le génome du coronavirus est un long brin d’ARN enroulé autour d’une protéine et assemblé à l’intérieur d’une enveloppe de protéine membranaire. Cette structure est entourée d’une enveloppe, contenant deux autres protéines, dont l’une, la protéine spike, est responsable de l’attachement du virus à la cellule cible avant l’infection. Pour plus de détails, voir : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22816037.

Un accent considérable est actuellement mis sur les modèles mathématiques de la transmission du SRAS-CoV-2, qui éclairent les décisions de santé publique pour éviter de submerger l’offre de soins de santé. La modélisation mathématique dépasse le cadre de cet article, mais le lecteur intéressé est renvoyé à une vidéo informelle qui explique un « modèle SIR » (Susceptible, Infecté, Récupéré/Remis) de transmission de la maladie qui peut s’appliquer à COVID-19 : https://www.youtube.com/watch?v=k6nLfCbAzgo.

Qu’est-ce que l' »immunité collective » ?

Une infection virale ne peut balayer une population que si les individus qui y sont sensibles entrent en contact avec des particules virales. Si les gens s’isolent, il y a beaucoup moins de chances de rencontrer le virus ou de le transmettre à des personnes sensibles. En outre, une fois qu’une personne a eu une infection virale et a développé des anticorps protecteurs contre elle, elle n’est généralement pas susceptible d’être réinfectée. Plus il y a de personnes dans une population qui se sont remises du virus, moins il y a de chances que le virus rencontre une personne sensible et moins il y a de chances qu’il se propage. Ce concept est connu sous le nom d’immunité de troupeau.

La proportion de la population qui doit être immunisée contre l’infection afin d’atteindre l’immunité de troupeau dépend de plusieurs facteurs. Un facteur critique est la quantité de contacts entre les personnes, car c’est ainsi que les particules virales peuvent se propager. Dans une population qui se mélange librement, l’immunité collective dépend du nombre de personnes qui, en moyenne, sont infectées par un individu (connu sous le nom de « nombre de reproduction de base » ; R0). La valeur de R0 varie en fonction du type de virus. On estime que le COVID-19 a un R0 d’environ 2,5. En revanche, la rougeole se propage beaucoup plus facilement, avec un R0 compris entre 12 et 18. La proportion de la population qui doit être immunisée contre une maladie et donc arrêter efficacement sa propagation est connue sous le nom de « seuil d’immunité collective », et peut être calculée en utilisant R0 dans l’équation suivante :

Seuil d’immunité collective = (R0 – 1)

Ainsi, pour le COVID-19 avec un R0 de 2.5, l’équation serait :

Seuil d’immunité collective du COVID-19 = (2,5 – 1)

Donc, il faut qu’environ 60% de la population soit immunisée contre le COVID-19 pour empêcher toute propagation.

L’immunité hermétique peut être obtenue par des personnes infectées et leur système immunitaire développant une résistance, ou par des vaccinations utilisant des morceaux du virus qui déclenchent une réponse du système immunitaire adaptatif sans entraîner de maladie. Plus une maladie est infectieuse, plus la proportion de personnes qui doivent être vaccinées est élevée. Dans le cas de la rougeole, par exemple, qui a un R0 de 12-18, l’Organisation mondiale de la santé recommande un taux de vaccination de 95 % pour éliminer la maladie, ce que le Royaume-Uni a actuellement du mal à atteindre.

À l’heure actuelle, il n’existe pas de vaccin contre le COVID-19, ce qui signifie que l’immunité de groupe ne pourrait être obtenue que si environ 60 % de la population était infectée et développait une immunité. Pour le Royaume-Uni, cela nécessiterait que près de 40 millions de personnes soient infectées pour qu’un objectif d’immunité collective soit atteint. Cependant, avec un risque de mortalité de ~1%, plusieurs milliers de personnes mourraient de l’infection. En outre, plusieurs dizaines de milliers de personnes infectées souffriraient de détresse respiratoire et devraient être hospitalisées, et ces chiffres, en une seule fois, submergeraient le système de santé. A plus long terme, la population mondiale pourrait développer une immunité contre le COVID-19 qui atténuerait les nouvelles épidémies, mais l’immunité collective n’est pas une solution plausible à la crise actuelle du COVID-19.

En produisant des protéines différentes, les virus peuvent contourner l’immunité acquise par la vaccination ou une exposition antérieure au virus original.Il a été démontré que les anticorps dirigés contre la protéine spike du SRAS-CoV-2 peuvent empêcher le virus de pénétrer dans les cellules. De telles avancées dans notre connaissance du SRAS-CoV-2 conduiront à la mise au point de tests permettant de savoir si une personne a été infectée et n’est plus sensible, ainsi que de vaccins thérapeutiques.

Un élément d’information essentiel dans la lutte contre le COVID-19 est de savoir dans quelle mesure le génome du virus du SRAS-CoV-2 peut subir une mutation. Une mutation résulterait d’un changement de séquences de base dans son génome ARN, ce qui conduirait à la production d’une protéine différente. En produisant des protéines différentes, les virus peuvent contourner l’immunité acquise par la vaccination ou une exposition antérieure au virus d’origine. On sait que le SRAS-CoV-2 peut muter et, de fait, le virus qui se propage actuellement dans le monde aurait subi des mutations lors de son transfert de son espèce d’origine à l’homme. De plus, on sait qu’il existe des différences génétiques entre le SRAS-CoV-2 original qui s’est développé à Wuhan, en Chine, et les souches du virus qui causent actuellement le COVID-19 aux États-Unis. Cela signifie que le SRAS-CoV-2 mute lorsqu’il passe par des hôtes humains. Toutefois, la bonne nouvelle est que le taux de mutation du SRAS-CoV-2 n’est pas si élevé par rapport à d’autres virus tels que ceux qui causent la grippe.

Un nombre important de chercheurs biomédicaux, pharmaceutiques et cliniques ont porté leur attention sur le SRAS-CoV-2. Une vérification rapide des bases de données de publications de recherche, comme PubMed, montre qu’il y a eu 695 articles publiés sur le coronavirus pendant toute l’année 2019. Alors que le décompte est déjà de 1 818 publications pour les 3 premiers mois de 2020. Avec chaque nouvelle information, nous nous rapprochons de la compréhension du virus et du développement de solutions pour s’en défendre.

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