Microbiologie

Les tentatives de recherche visant à découvrir les agents responsables de maladies jusqu’alors non étudiées ont conduit à la découverte d’agents pathogènes non vivants très différents des virus. Il s’agit notamment de particules constituées uniquement d’ARN ou uniquement de protéines qui, néanmoins, sont capables de s’autopropager aux dépens d’un hôte – une similitude essentielle avec les virus qui leur permet de provoquer des états pathologiques. À ce jour, ces découvertes comprennent les viroïdes, les virusoïdes et les prions protéiques.

Viroïdes

Figure 1. Ces pommes de terre ont été infectées par le viroïde du tubercule en fuseau de la pomme de terre (PSTV), qui se propage généralement lorsque des couteaux infectés sont utilisés pour couper des pommes de terre saines, qui sont ensuite plantées. (crédit : Pamela Roberts, Institut des sciences alimentaires et agricoles de l’Université de Floride, USDA ARS)

En 1971, Theodor Diener, un pathologiste travaillant au Service de recherche agricole, a découvert une particule acellulaire qu’il a nommée viroïde, ce qui signifie « semblable à un virus ». Les viroïdes ne sont constitués que d’un court brin d’ARN circulaire capable de s’auto-répliquer. Le premier viroïde découvert est à l’origine de la maladie du fuseau des tubercules de la pomme de terre, qui provoque un ralentissement de la germination et diverses déformations chez les plants de pomme de terre (voir figure 1). Comme les virus, les viroïdes du fuseau des tubercules de la pomme de terre (PSTV) prennent le contrôle de la machinerie de l’hôte pour répliquer leur génome à ARN. Contrairement aux virus, les viroïdes ne possèdent pas d’enveloppe protéique pour protéger leur information génétique.

Les viroïdes peuvent entraîner des pertes dévastatrices de cultures vivrières agricoles commercialement importantes cultivées dans les champs et les vergers. Depuis la découverte du PSTV, d’autres viroïdes ont été découverts qui provoquent des maladies chez les plantes. Le Tomato planta macho viroid (TPMVd) infecte les plants de tomates, ce qui entraîne une perte de chlorophylle, des feuilles défigurées et cassantes, et des tomates très petites, d’où une perte de productivité de cette culture de plein champ. Le viroïde de la tache solaire de l’avocat (ASBVd) entraîne des rendements plus faibles et des fruits de moins bonne qualité. L’ASBVd est le plus petit viroïde découvert à ce jour qui infecte les plantes. Le Peach latent mosaic viroid (PLMVd) peut provoquer la nécrose des bourgeons floraux et des branches, et blesser les fruits mûrs, ce qui entraîne une croissance fongique et bactérienne dans le fruit. Le PLMVd peut également provoquer des changements pathologiques similaires dans les prunes, les nectarines, les abricots et les cerises, entraînant une baisse de productivité dans ces vergers. Les viroïdes, en général, peuvent être dispersés mécaniquement lors de l’entretien des cultures ou de la récolte, de la reproduction végétative, et éventuellement via les graines et les insectes, ce qui entraîne une baisse sévère de la disponibilité alimentaire et des conséquences économiques dévastatrices.

Virusoïdes

Un deuxième type d’ARN pathogène pouvant infecter les cultures agricoles d’importance commerciale sont les virusoïdes, qui sont des particules subvirales mieux décrites comme des ARNsi non auto-réplicatifs. La réplication de l’ARN des virusoïdes est similaire à celle des viroïdes mais, contrairement à ces derniers, les virusoïdes nécessitent que la cellule soit également infectée par un virus « auxiliaire » spécifique. Il n’existe actuellement que cinq types de virusoïdes décrits et leurs virus auxiliaires associés. Les virus auxiliaires appartiennent tous à la famille des Sobemovirus. Un exemple de virus auxiliaire est le virus de la marbrure du trèfle souterrain, auquel est associé un virusoïde emballé à l’intérieur de la capside virale. Une fois que le virus auxiliaire pénètre dans la cellule hôte, les viraloïdes sont libérés et peuvent être trouvés libres dans le cytoplasme de la cellule végétale, où ils possèdent une activité ribozyme. Le virus auxiliaire subit une réplication virale typique indépendante de l’activité du virusoïde. Les génomes des virusoïdes sont petits, de 220 à 388 nucléotides seulement. Un génome de virusoïde ne code pour aucune protéine, mais sert uniquement à répliquer l’ARN de virusoïde.

Les virusoïdes appartiennent à un groupe plus large d’agents infectieux appelés ARN satellites, qui sont des ARN pathogènes similaires présents chez les animaux. Contrairement aux virusoïdes végétaux, les ARN satellites peuvent coder pour des protéines ; cependant, comme les virusoïdes végétaux, les ARN satellites doivent co-infecter avec un virus auxiliaire pour se répliquer. Un ARN satellite qui infecte les humains et qui a été décrit par certains scientifiques comme un virusoïde est le virus de l’hépatite delta (HDV), qui, selon certains rapports, est également appelé virus de l’hépatite delta. Beaucoup plus grand qu’un virusoïde végétal, le VHD possède un génome circulaire à ARNsc de 1 700 nucléotides et peut diriger la biosynthèse des protéines associées au VHD. Le virus auxiliaire du VHD est le virus de l’hépatite B (VHB). La co-infection par le VHB et le VHD entraîne des changements pathologiques plus graves dans le foie pendant l’infection, c’est ainsi que le VHD a été découvert.

Prions

À une certaine époque, les scientifiques pensaient que toute particule infectieuse devait contenir de l’ADN ou de l’ARN. Puis, en 1982, Stanley Prusiner, un médecin qui étudiait la tremblante du mouton (une maladie dégénérative mortelle chez le mouton) a découvert que cette maladie était causée par des particules infectieuses protéiques, ou prions. Les protéines étant acellulaires et ne contenant ni ADN ni ARN, les découvertes de Prusiner ont d’abord suscité résistance et scepticisme ; cependant, ses recherches ont fini par être validées et il a reçu le prix Nobel de physiologie ou de médecine en 1997.

Un prion est une forme scélérate mal repliée d’une protéine normale (PrPc) présente dans la cellule. Cette protéine prion dévoyée (PrPsc), qui peut être causée par une mutation génétique ou survenir spontanément, peut être infectieuse, stimulant d’autres protéines normales endogènes à être mal repliées, formant ainsi des plaques (voir Figure 2). Aujourd’hui, on sait que les prions provoquent diverses formes d’encéphalopathie spongiforme transmissible (EST) chez l’homme et l’animal.

Figure 2. La protéine prion normale endogène (PrPc) est transformée en la forme pathogène (PrPsc) lorsqu’elle rencontre cette forme variante de la protéine. La PrPsc peut apparaître spontanément dans le tissu cérébral, surtout si une forme mutante de la protéine est présente, ou bien elle peut provenir de prions mal repliés consommés dans l’alimentation qui finissent par se retrouver dans le tissu cérébral. (crédit b : modification d’un travail de l’USDA)

L’ETS est une maladie dégénérative rare qui affecte le cerveau et le système nerveux. L’accumulation de protéines dévoyées fait que le tissu cérébral devient une éponge, tuant les cellules cérébrales et formant des trous dans le tissu, ce qui entraîne des lésions cérébrales, une perte de coordination motrice et une démence (voir figure 3). Les personnes infectées souffrent de déficiences mentales et deviennent incapables de bouger ou de parler. Il n’existe aucun traitement curatif et la maladie progresse rapidement, entraînant finalement la mort en quelques mois ou années.

Figure 3. La maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ) est une maladie mortelle qui entraîne une dégénérescence des tissus neuronaux. (a) Ces scanners cérébraux comparent un cerveau normal à un cerveau atteint de la MCJ. (b) Comparé à un cerveau normal, le tissu cérébral d’un patient atteint de la MCJ est plein de lésions de type éponge, qui résultent de formations anormales de la protéine prion. (crédit a (à droite) : modification du travail du Dr Laughlin Dawes ; crédit b (en haut) : modification du travail de Suzanne Wakim ; crédit b (en bas) : modification du travail des Centers for Disease Control and Prevention)

Les EST chez l’homme comprennent le kuru, l’insomnie familiale fatale, la maladie de Gerstmann-Straussler-Scheinker et la maladie de Creutzfeldt-Jakob (voir figure 3). Les EST chez les animaux comprennent la maladie de la vache folle, la tremblante (chez les moutons et les chèvres) et la maladie du dépérissement chronique (chez les élans et les cerfs). Les EST peuvent être transmises entre animaux et des animaux aux humains par la consommation de viande ou d’aliments pour animaux contaminés. La transmission entre humains peut se faire par hérédité (comme c’est souvent le cas pour le SGS et la MCJ) ou par contact avec des tissus contaminés, comme cela peut se produire lors d’une transfusion sanguine ou d’une transplantation d’organe. Il n’existe aucune preuve de transmission par contact occasionnel avec une personne infectée. Le tableau 1 énumère les EST qui affectent les humains et leurs modes de transmission.

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Les pions sont extrêmement difficiles à détruire car ils sont résistants à la chaleur, aux produits chimiques et aux radiations. Même les procédures de stérilisation standard ne garantissent pas la destruction de ces particules. À l’heure actuelle, il n’existe aucun traitement ou remède pour la maladie de l’EST, et les viandes contaminées ou les animaux infectés doivent être manipulés conformément aux directives fédérales pour prévenir la transmission.