Comment fonctionne le mécanisme de réplication d’un virus ?
Un virus se réplique en entrant dans une cellule et en utilisant ses ressources pour fabriquer des copies de son génome et ses protéines. Ces éléments s’assemblent ensuite en nouvelles particules virales, qui peuvent sortir et infecter d’autres cellules. Le virus ne se divise donc pas comme une bactérie : il fait produire ses composants, puis les réunit.
Le cycle suit plusieurs grandes étapes : fixation, entrée, décapsidation, production du génome et des protéines, assemblage, maturation et libération. Leur déroulement précis dépend notamment du type de génome viral, ADN ou ARN.
Pourquoi un virus a-t-il besoin d’une cellule ?
Une particule virale complète, ou virion, contient une information génétique sous forme d’ADN ou d’ARN. Une coque de protéines appelée capside protège ce génome. Certains virus possèdent en plus une enveloppe lipidique, munie de protéines virales.
Le virion ne dispose pas de tout le matériel nécessaire pour fabriquer seul ses protéines et multiplier son génome. La cellule hôte lui fournit notamment de l’énergie, des matériaux et des ribosomes, les structures qui fabriquent les protéines. Le virus utilise aussi des enzymes cellulaires ou ses propres enzymes, selon sa stratégie.
Toutes les cellules ne conviennent pas à tous les virus. Une cellule doit pouvoir accueillir le virus et permettre la réalisation des étapes nécessaires à sa multiplication. On dit alors qu’elle est permissive.
Le cycle viral en un coup d’œil
Fixation → entrée → décapsidation → expression des gènes et copie du génome → assemblage → maturation → libération.
La production des protéines et la copie du génome peuvent se chevaucher. La maturation peut aussi se produire pendant ou après la sortie de la particule, selon le virus.
1. La fixation à la cellule
Une protéine située à la surface du virus reconnaît une molécule de la cellule appelée récepteur. Cette molécule peut être une protéine, mais aussi une structure contenant des sucres ou un glycolipide. Cette reconnaissance contribue à déterminer les cellules que le virus peut infecter : c’est une partie de son tropisme.
Par exemple, le VIH utilise le récepteur CD4 présent sur certaines cellules immunitaires. La présence d’un récepteur ne garantit toutefois pas une infection productive : le virus peut avoir besoin d’autres molécules, puis rencontrer des obstacles à l’intérieur de la cellule.
2. L’entrée dans la cellule
Après la fixation, le virus ou son génome doit franchir la barrière cellulaire. Plusieurs voies existent :
- La fusion membranaire : l’enveloppe d’un virus enveloppé fusionne avec une membrane de la cellule, ce qui permet au contenu viral d’atteindre l’intérieur cellulaire.
- L’endocytose : la cellule englobe la particule dans une petite poche membranaire. Le virus doit ensuite franchir la membrane de cette poche pour poursuivre son cycle.
- Le transfert du génome : certains virus de bactéries, appelés bactériophages, injectent leur acide nucléique dans la cellule tandis que leur capside reste à l’extérieur.
Un virus sans enveloppe ne peut pas fusionner de la même manière qu’un virus enveloppé. Il utilise d’autres mécanismes pour franchir une membrane ou y faire passer son génome.
3. La décapsidation et la phase d’éclipse
La décapsidation correspond au démontage total ou partiel de la capside. Elle rend le génome accessible aux étapes suivantes. Selon le virus, ce processus se déroule à différents endroits de la cellule et peut être progressif.
On appelle phase d’éclipse la période pendant laquelle le virion entrant a perdu son organisation infectieuse, mais où de nouvelles particules infectieuses ne sont pas encore formées. Le virus n’est pas inactif pour autant : son génome et ses protéines peuvent déjà être en cours de fabrication.
4. La production des protéines et la copie du génome
Le génome viral contient les instructions nécessaires à la production de protéines virales. Pour les lire, la cellule utilise ses ribosomes, qui traduisent des ARN messagers en protéines. Certaines protéines formeront la capside ou l’enveloppe ; d’autres aideront à copier le génome ou à modifier le fonctionnement de la cellule.
En parallèle, le virus produit des copies de son génome. Cette opération requiert des enzymes appelées polymérases. Selon le virus, elles proviennent de la cellule, sont fabriquées à partir des instructions virales ou sont apportées dans la particule infectante.
Il faut distinguer trois opérations : la transcription produit un ARN à partir d’un modèle génétique ; la traduction produit une protéine à partir d’un ARN messager ; la réplication du génome produit les copies qui pourront être emballées dans de nouveaux virions.
5. L’assemblage et la maturation
Les copies du génome et les protéines structurales se réunissent pour former de nouvelles particules. Le génome est emballé dans une capside ; les virus enveloppés acquièrent également une membrane comportant des protéines virales.
L’assemblage ne suffit pas toujours à rendre une particule infectieuse. Une étape de maturation, par exemple une modification de certaines protéines, peut être nécessaire. Toutes les particules fabriquées ne sont pas forcément capables d’infecter une autre cellule.
6. La libération
Les nouveaux virions peuvent sortir de plusieurs façons. Lors d’une lyse, la cellule se rompt et libère son contenu. Certains virus enveloppés sortent par bourgeonnement : ils acquièrent leur enveloppe à partir d’une membrane cellulaire en s’en détachant.
La sortie ne signifie pas toujours que la cellule meurt immédiatement. Les conséquences varient : l’infection peut détruire la cellule, persister ou rester silencieuse avant une éventuelle reprise de la production virale.
Virus à ADN et à ARN : qu’est-ce qui change ?
Le défi commun est de produire des ARN messagers lisibles par les ribosomes et de copier le génome viral. Le chemin emprunté dépend du génome. La classification de Baltimore répartit les virus en sept classes à partir de cette stratégie, et non à partir des étapes générales d’entrée ou de sortie.
| Classe | Type de génome | Chemin simplifié vers les ARN messagers |
|---|---|---|
| I | ADN à double brin | Des ARN sont transcrits à partir de l’ADN viral. |
| II | ADN à simple brin | Un intermédiaire à double brin permet la production des ARN. |
| III | ARN à double brin | Une enzyme virale produit des ARN messagers à partir du génome. |
| IV | ARN à simple brin positif | Le génome peut servir directement d’ARN messager. |
| V | ARN à simple brin négatif | Une enzyme virale fabrique d’abord des ARN messagers complémentaires. |
| VI | ARN avec intermédiaire ADN | Une transcriptase inverse produit un ADN, à partir duquel des ARN sont ensuite fabriqués. |
| VII | ADN avec intermédiaire ARN | Des ARN sont produits à partir de l’ADN ; un intermédiaire ARN sert aussi à reproduire le génome grâce à une transcriptase inverse. |
Un brin est une chaîne d’acide nucléique. Un génome à double brin comporte deux chaînes associées ; un génome à simple brin n’en comporte qu’une. Ces distinctions modifient les opérations nécessaires avant la fabrication des protéines et des copies du génome.
ARN positif et ARN négatif : la différence essentielle
Un ARN viral de polarité positive possède le bon sens de lecture pour être utilisé comme ARN messager par les ribosomes. Dès qu’il est accessible, la cellule peut donc en traduire l’information pour fabriquer des protéines virales.
Un ARN de polarité négative est complémentaire d’un ARN messager : les ribosomes ne peuvent pas le traduire directement. Le virus doit apporter une ARN polymérase ARN-dépendante, une enzyme capable de fabriquer un ARN à partir d’un autre ARN. Elle produit d’abord les ARN messagers nécessaires à l’infection.
Le cas particulier des rétrovirus
Les rétrovirus, dont le VIH, possèdent un génome à ARN mais passent par une étape ADN. Leur transcriptase inverse fabrique un ADN à partir de l’ARN viral. Une autre enzyme virale, l’intégrase, insère cet ADN dans le génome de la cellule. La cellule peut ensuite produire des ARN viraux, utilisés pour fabriquer des protéines ou constituer le génome de nouvelles particules.
Où se déroule la réplication dans la cellule ?
Le lieu varie avec le virus et les outils dont il a besoin. De nombreux virus à ADN utilisent le noyau, où se trouve l’ADN cellulaire. Beaucoup de virus à ARN réalisent l’essentiel de leur multiplication dans le cytoplasme, la partie de la cellule située hors du noyau. Ce sont des tendances, pas des règles absolues.
Le cycle peut aussi être interrompu : une cellule peut laisser entrer un virus sans permettre la fabrication de virions infectieux. À l’inverse, une infection persistante ne produit pas nécessairement des particules au même rythme pendant toute sa durée.