Les virus ne sont pas des êtres vivants

Alors que les bactéries sont des organismes vivants capables de se reproduire, les virus, de façon à peine métaphorique, sont des objets informatiques, ce qui m’autorise à en parler puisque je suis informaticien (je me suis fait relire par des biologistes qui m’ont suggéré quelques modifications). Pour expliquer que les virus ne sont pas des organismes vivants François Jacob écrit : « Placés en suspension dans un milieu de culture, ils ne peuvent ni métaboliser, ni produire ou utiliser de l’énergie, ni croître, ni se multiplier, toutes fonctions communes aux êtres vivants ». Pour proliférer, un virus doit insérer son génome dans celui d’un organisme vivant, son hôte.

Un virus banal est constitué d’un filament d’ADN (acide désoxyribonucléique) qui constitue son génome. Un rétrovirus, ou virus à ARN, lui, est constitué d’un filament d’ARN (acide ribonucléique). Le génome est codé dans un alphabet à quatre lettres, A (adénine), C (cytosine), T (thymine), G (guanine) de l’ADN, les nucléotides. Un gène (un ou plusieurs mots du génome), pour être exprimé, doit d’abord être transcrit en ARN messager (même séquence que l’ADN en remplaçant le T de la thymine par U de l’uracile), qui va le transmettre au mécanisme de traduction cellulaire (le ribosome, qui est dans le cytoplasme, pas dans le noyau de la cellule).

Le génome permet la biosynthèse de protéines. Un gène codé dans l’ADN est transcrit en ARN par l’enzyme ARN polymérase, nucléotide pour nucléotide en remplaçant le T (thymine) de l’ADN par le U (uracile) de l’ARN. Ce brin d’ARN messager est ensuite traduit en protéine par le ribosome, un organe de la cellule qui assemble les acides aminés pour former les protéines conformément au code génétique. C’est ainsi que les protéines (éventuellement toxiques pour l’hôte) encodées dans l’ADN ou l’ARN (selon qu’il s’agit d’un virus ou d’un rétrovirus) d’un virus sont synthétisées par le mécanisme cellulaire de l’hôte.

Les acides aminés constitutifs des protéines présentes dans les organismes vivants sont au nombre de 20. Pour désigner 20 entités différentes avec un alphabet de 4 caractères il faut 3 caractères. Les parties codantes du génome sont donc traduites par groupes de 3, les codons. Un codon de trois nucléotides permettrait de désigner 64 acides aminés, mais il n’y en a que 20 : certains acides aminés sont désignés par plusieurs codons, le code génétique est un code dégénéré.

Par exemple, si l’on considère le fragment d’ADN ci-dessous, voici ce que donneront sa transcription, puis sa traduction :

ADN : ATGGCCATTGTAATGGGCCGCTGAAAGGGTGCCCGATAG

ARN : AUGGCCAUUGUAAUGGGCCGCUGAAAGGGUGCCCGAUAG

Protéine : MAIVMGR*KGAR*

Les astérisques dans la séquence protidique représentent le codon STOP, soit en ARN UAG, ou UGA, ou UAA.

On remarque que si, au lieu de commencer la traduction par le codon AUG, on décale d’un nucléotide et on commence par UGG, on obtient une protéine complètement différente. Ce type d’erreur se nomme frame shift, la structure en double hélice de l’ADN introduit une redondance dans le codage qui permet au mécanisme cellulaire de corriger ce type d’erreur.

D’autre part, l’enzyme ADN polymérase permet la réplication de l’ADN. C’est ainsi que le virus voit sa reproduction assurée par le mécanisme cellulaire de l’hôte. Et le génome du virus se trouve inséré dans le génome de la cellule hôte.

Le cas des virus à ARN, ou rétrovirus, tels que le VIH ou les Coronavirus, est légèrement différent. Pour que le mécanisme cellulaire de l’hôte puisse les reproduire, il faut qu’ils soient retranscrits en ADN, et pour cela ils comportent le code de leur transcriptase inverse, qui permet ensuite le traitement décrit pour les virus à ADN. C’est un peu comme pour certains virus informatiques, qui comportent sous forme chiffrée leur propre programme de décompression et déchiffrement, ce qui rend leur détection plus difficile.

La transcriptase inverse commet beaucoup d’erreurs, ce qui explique le taux élevé de mutations des rétrovirus. Certains rétrovirus peuvent soumettre directement leur ARN à la machinerie du ribosome, mais en général la biosynthèse des protéines passe par une première étape de transcription inverse.

Qu’un virus ne soit pas un organisme vivant, contrairement aux bactéries, induit des différences quant à leurs conditions respectives de conservation et de prolifération. Une bactérie capable d’infecter un organisme humain vivra et proliférera de préférence dans des conditions de température et d’humidité proches de celles de cet organisme, c’est pourquoi le froid du frigidaire ou du congélateur nous en protège, et qu’au contraire le climat tropical humide la rend plus dangereuse. Un virus tel que SRAS-CoV-2, lui, peut résister au froid, comme un aliment conservé au frigidaire.

Pourquoi le développement des vaccins à ARN est-il rapide ?

Les vaccins auxquels nous sommes habitués depuis des décennies reposent, le plus souvent, sur des souches atténuées des agents pathogènes, c’est-à-dire qui contiennent les gènes qui codent les protéines toxiques. Par exemple, le vaccin BCG est préparé à partir d’une souche atténuée de bacille tuberculeux bovin (Mycobacterium bovis) vivant, proche de Mycobacterium tuberculosis, responsable de la tuberculose humaine, qui a perdu sa virulence sur l’homme par culture spéciale sur des milieux artificiels pendant des années, et qui confère une antigénicité croisée suffisamment forte pour devenir un vaccin effectif pour la prévention de la tuberculose humaine. Il convient donc d’être très prudent avant de les injecter à des humains, de s’assurer que la toxicité est suffisamment atténuée pour ne pas déclencher la maladie, mais juste pour susciter la réponse immunitaire désirée. Cette prudence se traduit par des années d’expériences en laboratoire et d’essais cliniques.

Le problème de l’innocuité du vaccin candidat se pose très différemment pour un vaccin à ARN : on connaît la séquence du génome de l’agent pathogène, ce qui était inenvisageable en 1921, date de l’invention du BCG par Calmette et Guérin. Ainsi, dans le cas du Covid-19, pour déclencher la réponse immunitaire on peut utiliser une partie du génome qui n’a rien à voir avec la pathogénicité du virus, en l’occurrence la séquence qui code pour les protéines présentes dans les épines (spicules) de la couronne (protein spike) du virus, qui se lient avec le récepteur ACE2 des cellules infectées, en l’occurrence les cellules épithéliales alvéolaires AT2 situées dans les alvéoles pulmonaires, mais aussi dans l’œsophage et dans d’autres organes. C’est la liaison entre ces spicules et le récepteur ACE2 qui permet au virus de pénétrer dans la cellule, mais ce sont d’autres protéines qui sont impliquées dans le déclenchement de la maladie. Si le risque d’effets secondaires d’un vaccin n’est jamais nul, on est sûr que les protéines des spicules ne déclenchent pas le Covid19, ce qui explique que le vaccin ait pu être utilisé très rapidement après sa mise au point, elle-même très rapide (quelques jours).

Conclusion

Cet article est très sommaire. Pour en savoir plus sans entreprendre un master de biologie je ne saurais trop vous conseiller un excellent petit livre de vulgarisation, Au cœur de la vie, la cellule, de Dominique Morello, une vraie biologiste, qui vous confirmera que la cellule est un ordinateur. Et aussi, sur le Web, Reverse Engineering the source code of the BioNTech/Pfizer SARS-CoV-2 Vaccine (ici en français et La question de l’origine du SARS-CoV-2 se pose sérieusement. Et encore, sur un sujet voisin, le repliement des protéines. Sans oublier l’article du Financial Times sur Ugur Sahin et Ozlem Tureci, les créateurs du vaccin anti-Covid BioNTech-Pfizer.