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Les Virus sont-ils vivants ?

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Academic year: 2022

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Les Virus sont-ils vivants ?

Plan:

I : Pré-requis : 1) Le vivant 2) Le virus

II : Les différentes hypothèses 1) le virus appartient au vivant 2) Le virus n'appartient pas au vivant III : Les limites

1) Rickettsies 2) Les Mimivirus

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Introduction:

De nos jours les scientifiques tentent de reconstituer l'évolution du vivant et de classer les organismes vivants. Le classement permet de mieux apprécier la diversité du monde vivant.

La place du virus dans le monde du vivant reste problématique. Différentes théories existent quant à sa place dans le monde vivant et quant à son origine.

I : Pré-requis

1) Qu'est ce que le vivant ? Quand peut-on dire que quelque chose est vivant ou non ? La finalité du vivant est de transmettre ses gènes, mais être vivant est bien plus complexe que cela et donc donner une définition précise de cette notion n'est pas possible.

Nous résumerons les 7 piliers du vivant selon Daniel E.Koshland (professeur de biologie moléculaire et cellulaire à l'université de Californie) c'est à dire :

Le Programme : il s'agit là d'un plan organisé, exécuté par l'ADN qui code les gènes et est répliqué de génération en génération.

L'improvisation : ce sont les mutations aléatoires et la sélection, permettant au programme d'être optimisé pour les changements d'environnement auquel il devra faire face.

Le cloisonnement : les organismes sont limités par une membrane ou une peau. Certains sont divisés en plus petits compartiments: cellule pour centraliser et spécialiser certaines fonctions.

L'énergie : on a un système ouvert qui permet recevoir l'énergie extérieure et de la transformer en combustible pour organisme.

La régénération : permet de compenser les pertes. Par exemple, les hématies qui sont synthétisées tous les 120 jours. Le système de régénération se fatigue : vieillesse. On a une remise à zéro par la mort, la division cellulaire et la reproduction.

L'adaptabilité : l'improvisation est une adaptation mais trop lente. Exemple: marcher de longues distances pieds nus entraîne des cloques aux pieds. En retour on marche sur un pied ou on porte des chaussures pour les protéger.

L'isolement : Réaction dans des endroits clos et précis avec des molécules spécifiques de réactions. Exemple: spécificité enzyme-substrat.

D'autres scientifiques résume le vivant à 3 notions essentielles. En effet pour être vivant un sujet doit présenter les caractéristiques suivantes: il doit se développer, se maintenir et se reproduire.

Le développement signifie que l'individu évolue, grandit en taille ou passe par des stades de maturation successifs.

La souris, par exemple, grandit en taille jusqu'à attendre l'âge « adulte ».

Les microorganismes peuvent passer par des stades différents: végétatifs, reproductifs, de résistance...

Le maintien de l'individu implique des mécanismes particuliers, tels que la réponse à des modifications de son environnement et la mise en place de réponses adaptées.

Par exemple, une plante peut ouvrir ou fermer ses stomates selon l'ensoleillement ou la température ou une bactérie qui se dirige vers la source de nutriments par chimiotactisme.

Pour se maintenir, un individu a besoin d'énergie, il est donc limité dans sa croissance selon l'apport d'énergie. Les individus sont caractérisés par leur métabolisme.

La reproduction est lié aux gènes, à l'information génétique qui constituent le patrimoine

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génétique. Elle permet de transmettre ces informations à la descendance.

Il ne suffit pas qu'un critère manque pour rayer l'individu du vivant (les hybrides sont stériles et vivants). Mais à l'inverse, un individu qui possède l'un des critères, n'est pas forcement vivant.

=> Arbre du vivant = vivant. On se dit qu'appartenir à l'arbre du vivant c'est être vivant.

En résumé, quelque chose est vivant quand il possède des acides nucléiques et qu'il utilise de l'énergie pour les transformer en protéine, c'est à dire qu'il y a synthèse métabolique. De plus il doit être capable de se reproduire (transmettre ses gènes). Donc un être vivant est caractérisé par son autonomie.

2) Les virus

= Particules microscopiques qui peuvent infecter les cellules d'un organisme vivant.

Découvert grâce au filtre de Chamberland, car les virus étaient plus petit que les bactéries( < 250nm en général, bactéries: 0,5 à 3 µm), ils passaient à travers le filtre. On a donc su que ce qui infectait les organismes n'étaient pas des bactéries mais des virus. Avec l'invention du microscope

électronique dans les années 1930, on ne doute plus de leur existence.

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Un virus est constitué d'un génome, d'une capside et parfois d'une enveloppe. (voir page avec les 4 virus différents)

• Le génome : fait d'ADN ou d'ARN qui code pour des protéines de structure, des enzymes et des protéines de régulation.

• La capside : ensemble de protéines qui protège de génome et qui porte des déterminants viraux (quand pas enveloppe).

Génome + capside = nucléocapside.

• L'enveloppe : de nature lipidique, elle porte les déterminants viraux, elle fusionne avec la membrane de la cellule hôte, introduisant le nucléocapside dans la cellule.

On différencie les bactéries et les virus selon 3 critères:

- présence simultanée ARN et ADN - reproduction par scissiparité - système générateur d'énergie.

Virion: particule virale

Virus: agent infectieux à tous les stades du cycle vital (extracellulaire et intracellulaire) Le virus peut infecter les eucaryotes, procaryotes et Archées.

Le cycle de vie du virus: il entre en contact avec un organisme (de différentes façons). Il pénètre dans une cellule en se fixant d'abord sur un récepteur de la cellule hôte (reconnaissance +

pénétration). A l'intérieur, il libère le matériel génétique: les gènes viraux.

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Des enzymes transcrivent l'ADN viral en ARN + copie de l'ADN viral.

Traduction ARN en protéines virales (par les ribosomes).

Combinaison des protéines virales + ADN viral = nouvelles particules virales.

Infection d'autres cellules par ces particules.

Ce sont donc des parasites obligatoires.

Les virus sont les entités biologiques les plus abondantes dans la biosphère.

On considère que c'est une banque de gènes de transferts horizontaux.

II Les différentes hypothèses :

Les virus ont d'abord été vu comme des poisons. Ensuite comme la plus simple des formes de vies car ils contiennent des gènes, puis comme des produits biochimiques (après la cristallisation du virus de la mosaïque).

En 2002 des chercheurs Américains ont synthétisé le génome du virus de la Poliomyélite

(Bactériophage). Capable de se multiplier après son introduction dans une bactérie, certains dont notamment les journalistes ont clamé que « la vie avait été recrée en laboratoire ». Cela a ravivé le

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débat de savoir si, oui ou non, on peut considérer le virus comme vivant.

On va développer les arguments des deux hypothèses à savoir :

Le virus appartient au Vivant :

– Le principal argument: le virus est capable de se répliquer, si on considère le cycle du virus dans son entièreté. A partir de son ADN ou ARN, en détournant la machinerie cellulaire, il va faire ses protéines (capside) et infecter tout l'organisme (millier de particules virales). Il va donc transmettre ces gènes.

– Selon l'hypothèse de Koonin & al. Le virus à ADN serait apparu avant les cellules dans l'évolution ( 2 images origine du virus), il pourrait être inclus dans l'arbre des vivants =>

cela suppose que le virus est vivant. Pour cela, il a identifié un certain nombre de gènes communs chez les gros virus à ADN (57 gènes communs à plusieurs familles virales, 9 gènes communs à tous les gros virus à ADN), cela permet de reconstituer un arbre des virus à ADN, dont on ne trouve pas la racine des origines des différentes familles. On ne peut pas le raccorder avec les 3 autres domaines du vivant.

Patrick Forterre de l'Université de Paris-Sud a analysé les enzymes responsables de la réplication de l'ADN et a conclu que les gènes codant pour ces enzymes chez les eucaryotes ont probablement une origine virale.

Avec l'analyse de la structure de la capside, Rossman et Benson ont postulé que l'origine des virus était unique et plongeait à la naissance des trois domaines de la vie.

– 2 stades chez le virus: latent et actif. On a le virus ATV d'archées qui change de forme à l'extérieur des cellules => phénomène actif.

– Virus subissent des mutations dans leur génome leur permettant de s'adapter à de nouvelles conditions environnementales. Ils peuvent donc se maintenir => c'est un pilier essentiel de la vie ( Cf : le vivant )

Le virus serait donc vivant à partir du moment où il est au sein d'un organisme hôte car c'est là où il est « actif »

Le virus n'appartient pas au Vivant :

- L'argument principal : Les virus sont incapables de synthèses protéique, ils n'ont pas de

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métabolisme propre à eux-même. Donc ils ne peuvent ni se développer, ni se reproduire sans l'aide d'un organisme vivant. Ce qui s'oppose à la définition du vivant.

- C'est un parasite obligatoire pour pouvoir répliquer son matériel génétique, il a besoin d'une cellule, il est difficile d'imaginer qu'il soit apparu avant la cellule ( son hôte )

- certains scientifiques penchent pour l'hypothèse que le virus serait post-cellulaire et donc aurait pris certains gènes des eucaryotes et procaryotes ou il dériverait d'un cellule ayant subit une régression, les ancêtres des virus auraient donc été des êtres vivants devenus des prédateurs ou des parasites dépendant de l'hôte. Le virus est donc dépendant d'une cellule quelque soit l'hypothèse choisie (image origine des virus)

- Un seul type d'Ac.Nucléique ADN ou ARN ( Pas les 2 sauf exception : Mimivirus par exemple ) or tout organisme vivant possède les deux acides nucléiques.

Le problème : on ne peut pas le placer dans l'arbre de la vie. Pour faire un arbre phylogénétique il faut un gène commun à toutes les espèces ( ARN r (16s) en général => pas chez le virus ). Même si il a des gènes communs avec d'autres organismes, ce n'est pas évident de savoir s'ils ont été hérité d'un ancêtre commun ou acquis, après coup, par transferts de gènes horizontaux.

III : Les limites

1) Les Rickettsies :

C'est une bactérie de 300nm. Pourquoi est-elle si proche des virus ?

– C'est un parasite intracellulaire obligatoire (leur cycle de vie se déroule dans un hôte). D'où l'hypothèse que les virus peuvent être issus de la régression de cellules, devenant ainsi parasite obligatoire.

– Taille inférieur à celle de certains virus. Cela lui permettant ainsi de passer à travers le filtre de Chamberland. Donc étudié comme des virus jusqu'en 1960.

– Mais présence ADN+ARN, un système générateur d'énergie, et reproduction par scissiparité.

2) Les Mimivirus :

Découvert en 1992 on a d'abord cru à une bactérie car il était retenu par le filtre de Chamberland.

(400nm!) C'est Raoult et La Scola qui confirme que c'est un virus et le nomme Mimivirus (Mimicking microbe virus, c'est-à-dire « virus imitant un microbe »).

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Mimivirus remet en cause plusieurs points de la définition du virus:

– sa taille: 400nm (aussi grand que certaines bactéries) – Une centaines de protéines (Virus seulement une dizaine) – Il contient ADN ET ARN

– Le génome = 1 200 gènes (+ que certaines bactéries)

– Parasite certes obligatoire mais tout comme certaines bactéries.

– 7 gènes communs a tous les organismes (arginyl-ARNt synthétase, methyonyl-ARNt synthétase, tyrosyle-ARNt synthétase, la grande sous-unité et le deuxième de l'ARN polymérase II, l'ADN-polymérase coulissantes protéines pince (PCNA), et 5'-3 'exonucléase.)

De part la concaténation de ces gènes, Raoult & al., ont pu construire un arbre phylogénétique de la vie où une 4eme branche est intégrée pour placer les Mimivirus ou les grand virus à ADN.

La moitié de ses gènes contient, dans les promoteurs, la même séquence de nucléotides, donc la moitié des gènes de Mimivirus a une origine commune. Le génome ne s'est donc pas construit au fil d'emprunts divers, on a homogénéité au cours de l'évolution. Mimivirus n'aurait pas importé

récemment des gènes des autres domaines du vivant. Pour eux, le mimivirus n'a pas plus de gènes de transferts horizontaux que les bactéries intracellulaires strictes et même moins que des bactéries comme Escherichia coli.

Ce virus relance la débat sur l'existence d'un 4ème domaine du vivant, entièrement parasitaire.

Ce qui reste gênant pour l'inclure dans le vivant: la division n'a pas lieu et aucun gène ne code pour

les enzymes requises pour la production d'énergie, aucun ribosomes non plus.

Cette interprétation est réfutée par l'équipe de P.Lopez Garcia et David Moreira : « Prendre les 7 gènes communs et avoir un échantillonnage taxonomique restreint conduit à un arbre faux. » Si on prend chaque marqueur indépendamment, on aura différents arbres de vie où le mimivirus n'est plus une branche indépendante à la base des eucaryotes. A partir du gène de la tyrosine ARNt

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synthétase, ils vont construire un arbre où mimivirus est imbriqué proche des amibes (origine récente), de plus on a des transferts de gènes horizontaux qui indique, pour Lopez Garcia et

Moreira, une origine récente des mimivirus. Ils montrent ainsi que selon l'échantillonnage choisit et les gènes choisis on à différents arbres. De plus les erreurs sont courantes avec les gènes de

transferts horizontaux car parfois on pense retracé l'histoire des virus alors que ces un gène d'origine cellulaire. (image arbre avec mimivirus ci dessous)

On a également découvert des Mamavirus qui sont accompagnés de petits virus ( Spoutnik ) et ce petit virus infecte Mamavirus (1er virophage). Il infecte la machinerie virale. Or on a toujours pensé qu'un virus infectait un organisme vivant d'où la question : Mamavirus appartiendrait-il au vivant ?

Conclusion:

Un virus possède un matériel génétique... mais n'a pas de métabolisme et ne peut se reproduire sans infecter une cellule et profiter de son matériel. Il est donc actuellement classé comme 'non-vivant', même si cela porte à controverse. Mais il n'est pas totalement inerte. Tout cela dépend également de comment on défini exactement le vivant. Sa place fait encore aujourd'hui débat au sein de la

communauté scientifique. Considéré comme non vivant il a longtemps été oublié lors de l'étude des processus d'évolution du Vivant or les analyses de ces virus nous permettent d'en apprendre plus sur l'évolution.

Il s'agit d'un sujet complexe, car le débat n'est pas clos, ce n'est pas une vérité inébranlable. On ne connait qu'une faible quantité des virus qui existent sur Terre et c'est la découverte de futur virus qui nous permettra d'affirmer ou non la place des virus.

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- Origins and Evolution of life – An astrobiological Perspective edited by muriel Gargaud, purificacion Lopez Garcia, Hervé Martin

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Illustration 1: Adénovirus

Illustration 2: virus de la grippe

Illustration 3: Bactériophage

Illustration 4: virus de la mosaique du tabac

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Références

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