Qu'est-ce qu'un virus?

Les virus

Qu'est-ce qu'un virus?

Les virus sont constitués de matériel génétique (soit d'ADN soit d'ARN) entouré d'une couche
protectrice de protéines. Certains virus d'animaux sont également entourés d'une membrane de
lipides (gras). Un virus n'est pas un organisme vivant de manière autonome. Les virus
n'existent que pour se multiplier, et à moins qu'un virus ne se trouve dans une cellule vivante,
il est inactif et ne peut se reproduire. Lorsqu'un virus ou une partie de virus parvient à pénétrer
dans une cellule, on parle d'infection.
Selon le virus, c'est le virus tout entier qui pénètre dans la cellule ou seulement le matériel
génétique qui est « injecté » dans la cellule tandis que la couche externe demeure à l'extérieur.
Dans le cas du bactériophage T14 -- un type de virus qui infecte certaines bactéries --, l'ADN
interne est injecté dans la cellule à infecter. En revanche, tout le virus du sida (appelé VIH)
pénètre dans les cellules T de l'être humain pour les infecter.
Dans les deux cas, par suite de l'infection virale, le matériel génétique du virus pénètre
dans le cytoplasme de la cellule, qui renferme tous les enzymes nécessaires et d'autres
matériels indispensables à la reproduction du matériel génétique du virus et à la synthèse de
ses protéines.

Pourquoi une infection virale peut-elle nuire à une cellule?

Un virus nuit à la cellule qu'il infecte, car il « prend les commandes » du gène de la cellule et
de la machine à fabriquer les protéines, ce qui donne lieu à la production de morceaux de virus
uniquement. Une fois ceux-ci fabriqués, ils forment une myriade de nouveaux virus, qui
remplissent la cellule.
Ces nouveaux virus quittent la cellule, quelques-uns à la fois (bourgeonnement) ou par un
processus appelé lyse, où l'on assiste à une rupture de la membrane cellulaire, qui libère toutes
les particules du virus en même temps, ce qui a pour effet de tuer la cellule hôte, tandis que les
particules du virus libérées s'en vont infecter d'autres cellules.

Rétrovirus -- un type d'infection différent

 

Parfois, un virus ne prend pas les commandes de la machine à fabriquer des cellules dès qu'il
l'infecte. Les rétrovirus, qui possèdent de l'ARN comme principal matériel génétique, portent
également un enzyme spécial qui utilise l'ARN pour fabriquer une molécule d'ADN
bicaténaire complémentaire. L'enzyme (connu sous le nom de transcriptase inverse)
synthétise l'ADN à partir de l'ARN du virus, et cet ADN peut s'intégrer au génome de la
cellule hôte situé dans le noyau.
Pendant une période de latence, les gènes viraux sont dormants dans les chromosomes de la
cellule hôte. On pense que de nombreux segments du génome humain sont formés de
rétrovirus endogènes, qui sont de l'ancien ADN défectueux d'un rétrovirus, qui s'est intégré il
y a des milliers d'années et qui est présent, sans causer d'effets nocifs depuis. On pourrait dire
que la « période de latence » de ces virus est pratiquement infinie! Par ailleurs, le virus du sida
(un rétrovirus) a une période de latence beaucoup plus courte (une moyenne d'environ 8 ans).
Après la période de latence, les gènes viraux seront activés et, selon le processus ordinaire de
synthèse de protéines, ils prendront les commandes de la machinerie cellulaire, rendant viraux
l'ARN et les protéines et entraînant la production de particules de virus.
Comme les rétrovirus parviennent bien à incorporer leur propre matériel génétique au génome
de leur cellule hôte, ils sont souvent utilisés comme vecteurs d'ADN recombinant. En
d'autres termes, si nous voulons intégrer un gène particulier qui a été isolé, mis au point ou
modifié à l'aide du génie génétique (c'est ce qu'on entend par recombinant), dans le génome
d'une cellule, nous ajoutons le gène dans l'ADN du rétrovirus, enlevons les parties nocives de
l'ADN du rétrovirus qui provoquent la « prise des commandes » de la cellule, et utilisons le
rétrovirus pour transporter le gène voulu dans la cellule. Lorsque nous permettons au virus
modifié d'infecter la cellule hôte, l'ADN viral ainsi que le nouveau gène s'intègrent au génome
de la cellule hôte. On trouvera une description plus complète de ce processus dans les sections
sur le génie génétique et sur la thérapie génique.

La thérapie génique

La thérapie génique

 

Qu'est-ce que la thérapie génique?

Certaines maladies sont provoquées par des gènes défectueux qui
produisent des protéines défectueuses. Les symptômes des maladies
héréditaires apparaissent souvent par suite de l'interruption de
processus cellulaires vitaux subséquents causée par l'absence ou le mauvais fonctionnement de protéines. Dans la section sur les
composantes biologiques, nous décrivons la synthèse des protéines
comme étant le processus par lequel les gènes finissent par produire
des protéines qui sont responsables d'importants processus cellulaires.
Si un gène particulier est défectueux, il risque de ne pas fabriquer de
produit protéique ou encore d'en fabriquer un qui fonctionne mal ou se comporte de manière trop agressive.
Par exemple, la mucoviscidose (ou fibrose kystique) est provoquée
par l'absence ou la mutation d'un gène qui donne lieu à une protéine
de transport membranaire défectueuse. S'ensuit l'accumulation d'un
épais mucus dans les poumons et dans les voies aériennes du corps.1
Mentionnons également comme exemple les cancers, provoqués par la
division et la prolifération incontrôlable de cellules.2 Des gènes
particuliers peuvent provoquer une telle croissance cellulaire s'ils sont
défectueux. On appelle ces gènes défectueux oncongènes. D’autres
servent de régulateurs négatifs de la division cellulaire, ce sont les
gènes suppresseurs de tumeurs. Lorsque ceux-ci sont également
défectueux, on n’a plus de régulation et contrôle de la quantité de
division cellulaire qui se fait, et très souvent cancer.

Traitons-nous les symptômes ou bien la cause? Par le passé, on traitait les troubles génétiques
en s'attaquant aux événements biologiques qui résultent de la mutation génétique, et non en
réparant un gène (ou des gènes) défectueux -- la cause fondamentale du problème.3 Ainsi,
pour traiter le diabète, on administre de l'insuline (une protéine) au lieu de réparer les gènes
défectueux dans les cellules pancréatiques qui les empêchent en fait de produire seules une
quantité adéquate d'insuline.
La thérapie génique constitue un autre mode de traitement d'un trouble génétique par
lequel on insère ou intègre de nouveaux gènes dans les cellules humaines. De nombreux
essais en thérapie génique visent à ajouter dans un certain type de cellule un gène utile qui
compensera la version manquante ou défectueuse. D'autres efforts visent à doter la cellule
cible de nouvelles propriétés. Cette dernière méthode est souvent employée dans le traitement
du cancer, où l'on ajoute des gènes toxiques aux cellules cancéreuses en vue de les éliminer.4
Pour avoir un aperçu de la façon de localiser et d'isoler un gène particulier de sa source (de
sorte à pouvoir l'introduire dans le patient), reportez-vous à la section sur le génie génétique.

Il convient de noter que même les techniques de thérapie des cellules somatiques les plus
avancées n'en sont encore qu'au stade des essais cliniques et que leur application générale
n'a pas encore été approuvée. Il importe de mener des recherches plus approfondies afin de
mettre au point des techniques de thérapie génique sûres et fiables.
Selon les types de cellule affectés, on peut classer la thérapie génique en deux grandes
catégories : la thérapie de la lignée germinale et la thérapie de la lignée somatique. La
thérapie de la lignée germinale consiste à modifier les cellules germinales (cellules
reproductrices), ce qui signifie que les modifications génétiques subséquentes seront
transmises à la descendance du patient. Par ailleurs, la thérapie de la lignée somatique
implique l'altération de cellules somatiques (cellules non reproductrices du corps, comme les
cellules de la peau, du cerveau ou des muscles). Cette manipulation génétique n'affectera que
l'individu chez lequel on a effectué ces changements. La thérapie de la lignée somatique est
le seul type actuellement envisagé pour les êtres humains.

amplification de l'adn

Amplification de l'ADN : amplification en chaîne par la
polymérase

 Souvent, la quantité des échantillons d'ADN est trop petite pour qu'on puisse les utiliser.
Heureusement, on peut avoir recours à une technique inventée dans les années 1980,
l'amplification en chaîne par la polymérase (ACP) pour « amplifier » les quantités d'ADN de
ces échantillons.
La machine d'ACP n'est en fait rien de plus qu'un dispositif très précis de chauffage et de
refroidissement. La machine comporte de petites fentes où sont insérés de petits tubes contenant
l'échantillon d'ADN et d'autres ingrédients nécessaires à la réaction. Ces ingrédients
supplémentaires englobent une bonne quantité de nucléotides (A, T, C et G), de courtes
molécules d'ADN monocaténaire appelées amorces et un enzyme appelé polymérase Thermus
aquaticus (polymérase Taq, en abrégé). La polymérase Taq est dérivée de bactéries qui vivent
dans des sources chaudes et comptent parmi les rares enzymes capables de fonctionner à de très
hautes températures.

Le cycle commence lorsque la machine chauffe le
tube à une température d'environ 90-95 °C, ce qui
entraîne la séparation de chaque molécule d'ADN
bicaténaire de l'échantillon d'origine en deux
brins.
(Souvenez-vous que les liaisons hydrogènes qui
relient deux brins complémentaires d'une double
hélice d'ADN sont bien plus faibles que les
liaisons covalentes qui relient les nucléotides
formant chaque chaîne. Le chauffage provoque la
rupture des liaisons hydrogènes, qui déroulent et
séparent les deux brins, tandis que les liaisons
covalentes ne sont pas touchées.)
Ensuite, on abaisse la température légèrement, ce
qui permet aux amorces d'ADN de se lier aux
brins séparés. Les amorces se lient, car elles sont
complémentaires de certaines séquences de
chaque brin d'ADN qui « flanquent » l'ADN à
répliquer au milieu. Une fois que les amorces se
sont attachées aux brins, la polymérase Taq se
synthétise, en utilisant les nucléotides flottant
dans le tube, un brin complémentaire pour chaque

brin monocaténaire d'origine. Cette réaction
boucle le premier cycle, et double la quantité
d'ADN présente dans le tube.
Au cours du cycle suivant, la machine d'ACP
chauffe et refroidit comme auparavant, ce qui
entraîne la séparation des nouvelles molécules
d'ADN bicaténaire, et la synthèse des nouveaux
brins complémentaires par la polymérase Taq.

Chaque fois qu'un cycle est complété, la quantité de copies de la séquence d'ADN désirée
(située entre les deux amorces) est, en théorie, multipliée par deux. Après une trentaine de
cycles (qui durent généralement environ trois heures), on disposera de suffisamment de copies de
cette séquence d'ADN pour l'application d'autres techniques biotechnologiques.

Génie génétique

Génie génétique

QU'EST-CE QUE LE GÉNIE GÉNÉTIQUE?

 

Le génie génétique est le processus par lequel on identifie et isole l'ADN d'une cellule vivante
ou morte pour l'introduire dans une autre cellule vivante. Avant d'introduire le matériel
génétique, on peut le modifier en laboratoire. Lorsque la manipulation génétique réussit, le
nouvel ADN est intégré à jamais dans les chromosomes de la nouvelle cellule, et apparaîtra
également dans l'ADN des cellules des descendants. Comment les scientifiques peuvent-ils
faire des manipulations génétiques? Ils utilisent la technologie de recombinaison de l'ADN.

TECHNOLOGIE DE RECOMBINAISON DE L'ADN

On appelle technologie de recombinaison de l'ADN les méthodes mises au point pour isoler,
manipuler, amplifier, couper et épisser des séquences identifiables d'ADN. Dans les trois
prochaines sections, nous présentons plusieurs techniques de recombinaison de l'ADN
employées pour localiser, isoler et amplifier l'ADN. Dans la dernière section, nous montrons
comment utiliser d'autres techniques de recombinaison pour introduire du nouvel ADN dans les cellules.