Introduction à la virologie - Cours IFSI 2024 PDF

Introduction à la Virologie Structure et multiplication des Virus. Physiopathologie et diagnostic Notions de thérapeutique et de prévention Dr Joël GOZLAN Hôpital Saint-Antoine, AP-HP CDR Saint-Antoine INSERM UMR_S 938 Cours IFSI - S1...

Introduction à la Virologie Structure et multiplication des Virus. Physiopathologie et diagnostic Notions de thérapeutique et de prévention Dr Joël GOZLAN Hôpital Saint-Antoine, AP-HP CDR Saint-Antoine INSERM UMR_S 938 Cours IFSI - S1 UE 2.10 Infectiologie, Hygiène. 2024 Semestre 1  Les virus ont mauvaise réputation Un paquet de mauvaises nouvelles « bad news wrapped into proteins »… Peter Medawar (prix Nobel 1960) Pandémies passées, actuelles… et à venir  Parasitisme intracellulaire obligatoire Pourquoi ? Micro-organisme rudimentaire se multipliant par un processus de REPLICATION, MAIS dépourvu de machinerie autorisant la production d’énergie la réplication autonome du génome la synthèse protéique son assemblage détournement de la machinerie de la cellule infectée  Notion d’Hôte : notion cruciale en virologie +++  hôte cellulaire :  interactions bidirectionnelles entre le virus et la cellule-hôte  hôte organisme :  devenir de l’infection dépend de l’immunocompétence de l’hôte. sujet immunocompétent  réponse immune +/- élimination du virus Stratégies d’évasion Réponse immune parfois immune délétère patient immunodéprimé  infections opportunistes plus sévères +++ Qu’est ce qu’un virus? Micro-organisme de structure simple Génome viral Capside +/- Enveloppe Glycoprotéines d’enveloppe Qu’est ce qu’un virus? Micro-organisme de structure simple Génome viral Capside +/- Enveloppe Glycoprotéines d’enveloppe - Taille : 25 nm de diamètre (parvovirus)  300 nm (poxvirus) - Génome : < 2.000 pb (HDV)  > 200.000 (HerpèsV et poxV) - Gènes : 1 gène (HDV); 4 gènes (HBV)  150-200 gènes (EBV)  Génome viral ADN : – stable biochimiquement – stable génétiquement car répliqué par des enzymes capables de corriger les erreurs de recopiage ARN : – peu stable biochimiquement car sensible aux hydrolyses chimiques et enzymatiques – peu stable génétiquement car répliqué par des enzymes incapables de corriger les erreurs de recopiage  Capside virale Ensemble de protéines s’organisant autour du génome viral en symétrie cubique (icosaèdre) ou hélicoïdale : 2 fonctions essentielles : – protection du génome – fixation aux récepteurs cellulaires (virus nus) avant endocytose  Enveloppe virale Dérivée des membranes cellulaires - Confère une fragilité au virus  transmission directe des virus enveloppés - Modifiée par insertion de protéines virales; sous forme de « spicules » souvent glycosylées  attachement et antigénicité  Physiopathologie des infections virales ….un virus est un programme génétique qui véhicule d’une cellule à une autre deux messages simples : reproduisez moi ! acceptez moi ! Multiplication d’un virus dans la cellule fonction de la sensibilité et permissivité de la cellule spectre d’hôte et tropisme cellulaire sensibilité permissivité capacité à être infectée capacité à « fabriquer » des virions pénétration réplication  Sensibilité d’une cellule à l’infection expression de récepteurs (+/- co-recepteurs) viraux … ou de structures annexes Entrée du virus dans la cellule cible… … et poursuite du cycle viral.. ou pas ! Permissivité d’une cellule pour un virus capacité de subir un cycle replicatif complet  production de virions néo-formés +++ implique machinerie cellulaire + enzymes virales  cibles d’une chimiothérapie antivirale spécifique  Devenir de la cellule infectée 1. Infection productive (ou replicative ou lytique) – Expression de tous les gènes viraux  Production virale et –en général- mort de la cellule 1. Entrée : attachement puis pénétration 5. Traduction en protéines (structurales et non structurales) 7. Libération des virions 4. Transcription des ARNm 2. Décapsidation 6. Maturation assemblage 3. Replication du génome  Devenir de la cellule infectée 1. Infection productive (ou replicative ou lytique) – Expression de tous les gènes viraux  Production virale et –en général- mort de la cellule 2. Infection abortive – Interruption du cycle viral avant sa complétion  Pas de production virale et –en général- survie de la cellule 3. Infection latente Expression de quelques gènes « de latence » => Mauvaise reconnaissance par le système immunitaire Pas de replication, ni de production virale => Insensibilité aux antiviraux mais absence de contagiosité 4. Reprise du cycle lytique à partir de la latence : reactivation virale+++.  Latence et réactivation : exemple du Virus Herpes Simplex Peau, muqueuse Primo-infection Ganglion nerveux sensitif Nerf sensitif Latence Réactivation Modes de transmission des virus  Transmission d’une infection virale Transmission « horizontale » DIRECTE INDIRECTE aérienne, foeco-orale, sexuelle aliments, eau, seringues, produits biologiques, vecteurs animaux fonction de la voie d’excrétion fonction de la robustesse ou du de la production virale cycle biologique du virus  Relation structure-transmission Virus nus : – Résistance au milieu extérieur  Transmission interhumaine directe ou indirecte (objet inerte) Virus enveloppés (sauf exceptions) – Fragiles, rapidement inactivés dans le milieu extérieur  transmission essentiellement par voie interhumaine directe  Transmission de l’infection virale Transmission verticale : « de la mère à l’enfant » Voie transplacentaire rubéole, CMV, B19 VIH, VHB, HSV Voie périnatale Maternage et allaitement VIH, HTLV1  Transmission virale Virus Aérienne Foeco-orale Muqueuse Parentérale « Mère-enfant » Vecteur animal (salivaire ou sexuelle) Grippe ++ - - - - + Rotavirus… - ++ - - - - Hépatite A - ++ ± - - - Hépatite B - - ++ ++ ++ - Hepatite C - - + ++ + - VIH - - ++ ++ + ± Cytomégalovirus - - ++ ++ ++ - Dengue - - - - - ++ Infection virale de l’organisme humain  Multiplication du virus dans l’organisme Développement de l’infection Entrée Multiplication +/- diffusion Excrétion primaire de l’infection (porte d’entrée) (organes cibles) Persistance éventuelle  Infections localisées et infections généralisées Infection localisée – porte d’entrée et organe cible identiques (ou contigus) – incubation courte (quelques jours) – signes cliniques localisés exemples : grippe, gastro-entérites, herpès cutanéomuqueux … Infection généralisée – diffusion par voie sanguine, lymphatique, nerveuse – organe cible à distance de la porte d’entrée – incubation longue (plusieurs semaines) – signes cliniques dépendant de l’organe cible exemples : hépatites virales, infection VIH, infections CMV …  Multiplication du virus dans l’organisme Développement de l’infection Entrée Multiplication Diffusiont Excrétion primaire de l’infection (porte d’entrée) (organe cible) Persistance éventuelle Inhibition Réponse immune Immunité résiduelle non spécifique Réponse de l’hôte  Défenses antivirales de l’organisme Barrières physiques non spécifiques – peau (saine) : imperméable aux virus – muqueuses : pH, enzymes protéolytiques, mouvements ciliaires Réaction inflammatoire et immunité naturelle (ou innée) – quasi-immédiate – cellules effectrices : macrophages, cellules NK – Modulée par facteurs solubles : interférons, chimiokines, cytokines Immunité spécifique (ou acquise ou adaptative) – spécifique : reconnaissance des antigènes viraux – retardée (plusieurs jours) et prolongée – immunité humorale : lymphocytes B et anticorps – immunité cellulaire : cellules présentatrices d’antigènes et lymphocytes T – Régulée par environnement cytokinique Guérison et Infections persistantes acquisition d’une protection ….un virus est un programme génétique qui véhicule d’une cellule à une autre deux messages simples : reproduisez moi ! acceptez moi !  Destruction de l’hôte : pas le meilleur « objectif » pour un virus sélection de virus à pathogénicité faible ou nulle  phénomènes de symbiose « hôte-virus » infections virales persistantes Une condition pour l’établissement d’une persistance virale EVASION IMMUNE +++ 2 stratégies majeures (souvent associées) Ne pas se faire Perturber les acteurs reconnaitre de l’immunité  1. ne pas se faire reconnaître 1. expression nulle ou restreinte d’antigènes viraux  latence virale (HSV, VZV) 2. variabilité génétique et antigénique  mutations des virus à ARN (grippe, VHC, VIH)  réassortiments (virus de la grippe, rotavirus) 3. interférence avec présentation des antigènes viraux  immuno-évasines ou VIPRs … « viral proteins interferring with antigen presentation » très utilisées par les Herpesvirus +++  Inhibition « préparation » et export des Ag viraux à la surface  Inhibition expression CMH (ex CMV, adénovirus etc…)  2. empêcher le bon fonctionnement de l’immunité 1. activité anti-NK des virus (ex : herpes virus +++) 2. atteinte directe des cellules de l’immunité adaptative (ex : HIV ++) 3. interférence avec l’action de facteurs solubles : → activité anti-IFN (ex : herpesvirus, HCV…) → interférence avec cytokines, complément (C3), Ac - utilisation fréquente de « leurres » moléculaires +++ - 50 % des gènes de certains virus (Herpès et Pox) codent pour des virokines et des viro-récepteurs ! 4. Protection de la cellule infectée de la mort cellulaire (ex : EBV) Persistance virale Principaux modes de la persistance virale Infection chronique infection latente Production viraleA anti-viral Production virale immunosuppression temps temps réplication +, à niveau variable réplication épisodique  production virale et  production virale et contagiosité contagiosité persistante intermittente ex : VHB, VHC, VIH ex : herpesviridae Cette distinction n’est pas absolue et dépend notamment de l’état immunitaire de l’hôte  Immuno-pathogénicité. La réaction immune n’est pas toujours favorable à l’hôte nombreux exemples +++  déplétion CD4 et VIH  cytolyse hépatique et VHB  pneumonie à CMV chez l’allogreffé de moelle.  mononucléose infectieuse et EBV  tempête cytokinique et SARS-Cov2 Diagnostic d’une infection virale au laboratoire  Diagnostic virologique Visualisation des virions en microscopie électronique Diagnostic direct Isolement viral en culture de cellules Mise en évidence du Virus virus ou des Détection d’antigènes viraux constituants viraux Détection / quantification du génome viral +++ Diagnostic indirect Détection des Ac par des tests immuno-enzymatiques Mise en évidence des Réponse anticorps spécifiques immunitaire (sérologie) humorale  Diagnostic virologique Visualisation des virions en microscopie électronique Diagnostic direct Isolement viral en culture de cellules Mise en évidence du Virus virus ou des Détection d’antigènes viraux constituants viraux Détection / quantification du génome viral +++ Diagnostic indirect Détection des Ac par des tests immuno-enzymatiques Mise en évidence des Réponse anticorps spécifiques immunitaire (sérologie) humorale  Diagnostic virologique: sites de prélèvement multiplication Entrée primaire Organe cible Site d’excrétion Diagnostic Sang direct Persistance éventuelle Diagnostic Immunité résiduelle Réponse immune précoce (IgG et IgM indirect (IgG) Sérum ou plasma  Diagnostic indirect Mise en évidence d’anticorps totaux (IgG ou IgM) d’un profil anticorps (ex : Western Blot VIH)  trace indirecte d’une infection passée ou en cours +++  Outil essentiel Antigène(s) spécifique(s) du virus étudié  simplicité +++ des techniques du recueil du prélèvement et de sa conservation  Principales techniques utilisées ELISA ou chemiluminescence : simple, automatisable  adapté aux grandes séries Western Blot :  « profil anticorps »  permet de dater/confirmer le diagnostic d’une infection (WB VIH) Test rapides : immuno-diffusion (bandelettes/savonnettes)  sur sérum, sang capillaire, salive!  réponse en 2 à 15 minutes  Limites du diagnostic indirect +++ délai d’apparition des anticorps fenêtre sérologique +++ réponse humorale fonction de l’hôte +++ passages passifs d’anticorps +++ peu adapté au diagnostic des réactivations  Diagnostic direct: à privilégier Importance du prélèvement +++ – précoce et orienté (adapté à l’étiologie suspectée) – Selon des règles précises (modalités, contenant, identification, renseignements cliniques), – acheminé rapidement au laboratoire Se référer aux recommandations du laboratoire (guide des examens, manuel de prélèvement, feuille de demandes etc…)  Diagnostic direct Détection d’antigènes viraux Au moyen d’anticorps spécifiques – Techniques automatisées de type ELISA (Ag HBs; Ag p24…) – Techniques rapides (Ag HBs, Rota/ADV) Détection d’acides nucléiques viraux Au moyen de sondes et/ou oligonucléotides spécifiques – Techniques de type PCR – Techniques de type séquençage – Techniques multiplex  Amplification génique (PCR) Techniques quantifiables… ARN … et automatisable! Transcription inverse N cycles ADN Amorces Produits amplifiés  Diagnostic virologique Importance du prélèvement… … Et du choix des techniques utilisées… Adaptés à la question posée Directs et/ou indirects Orientés vers une étiologie plus ou moins précise En évitant les redondances et les examens inutiles Détection de rotavirus dans les selles Microscopie électronique ? Détection rapide d’Ag viraux par test immunochromatographique  Détection du virus herpes simplex Isolement sur culture cellulaire ? PCR quantitative sur automate Témoin Virus  Diagnostic d’une infection VIH Isolement sur culture cellulaire ? Sérologie automatisée + +/- Ag p24 +/- PCR quantitative (Charge virale) Suivi d’une infection chronique (VIH, ou VHC) Sérologie ? PCR quantitative (Charge virale) +/- séquençage Interprétation raisonnée des examens ++ le lien entre infection virale et atteinte clinique dépend de paramètres cliniques: - terrain - type de l’atteinte de la technique utilisée - directe ou indirecte - sensibilité/spécificité - localisation du virus de paramètres virologiques - charge virale de données biologiques associées  Le diagnostic virologique, hier et encore aujourd’hui repose sur hypothèse microorganisme ciblé par diagnostique le clinicien séparation virus/bactérie/parasite pas toujours adapté à avec laboratoires dédiés réalité clinique  LES TECHNIQUES -DU PRESENT ET- DU FUTUR Approche « syndromique » du diagnostic microbiologique, avec un prélèvement unique et de multiples cibles +++ détection moléculaire par  PCR multiplex ++++  puces ADN Panel respiratoire… Panel SNC Panel digestif….… Tests unitaires ou par séries Au laboratoire ou Au lit du malade (Biologie délocalisée) +++  PCR multiplex miniaturisée: exemple du système FilmArray® 65:0 64:0 63:0 62:0 61:0 60:0 59:0 58:0 57:0 56:0 55:0 54:0 53:0 52:0 51:0 50:0 49:0 48:0 47:0 46:0 45:0 44:0 43:0 42:0 41:0 40:0 39:0 38:0 37:0 36:0 35:0 34:0 33:0 32:0 31:0 30:0 29:0 28:0 27:0 26:0 25:0 24:0 23:0 22:0 21:0 20:0 19:0 18:0 17:0 16:0 15:0 14:0 13:0 12:0 11:0 10:0 09:0 08:0 07:0 06:0 05:0 04:0 03:0 02:0 01:0 00:0 2:00 0 Manipulation 65:0 64:0 63:0 62:0 61:0 60:0 59:0 58:0 57:0 56:0 55:0 54:0 53:0 52:0 51:0 50:0 49:0 48:0 47:0 46:0 45:0 44:0 43:0 42:0 41:0 40:0 39:0 38:0 37:0 36:0 35:0 34:0 33:0 32:0 31:0 30:0 29:0 28:0 27:0 26:0 25:0 24:0 23:0 22:0 21:0 20:0 19:0 18:0 17:0 16:0 15:0 14:0 13:0 12:0 11:0 10:0 09:0 08:0 07:0 06:0 05:0 04:0 03:0 02:0 01:0 00:0 : 2 minutes 0 Analyse : 65 minutes Réactifs lyophilisés Lyse d’échantillon et la purification des Acides Nucléiques 1ère PCR Circuit 2ème PCR réactionnel Multiplication de ces tests délocalisés depuis 2020 Systèmes Qiastat Systèmes GenXpert Systèmes IDnow Nécessité d’une bonne formation +++ Attention aux coûts Traitement des infections virales  Lien fréquent entre niveau de replication virale et retentissement clinique de l’infection Objectifs du traitement antiviral : Bloquer la replication … … et être bien tolérés Cibler les étapes spécifiques du cycle viral +++  Traitements anti-VIH VIRUS VIRUS Anti-CCR5 et inhibiteurs de fusion CD4 CXCR4 / CCR5 ARN Protéines Inhibiteurs Anti-protéase de la RT PROVIRUS ADN ARN Anti-intégrase ADN ARNm Limites de la chimiothérapie antivirale Spécificité d’action en général étroite – Pas de thérapie à large spectre – Nécessité d’un diagnostic virologique précis Activité essentiellement dirigée contre la replication – Impossibilité à éradiquer l’infection latente Emergence de résistances – importance de l’observance +++ Interactions pharmacologiques Toxicité et coût Prévention des infections virales  L’hôpital cumule les facteurs de risque pour les infections nosocomiales virales Regroupement dans un espace géographique limité (l’hôpital) – Sujets infectés (sujets sources) / Sujets réceptifs (sujets exposés) Susceptibilité accrue aux infections virales opportunistes: – Maladies sous-jacentes / traitements immunosuppresseurs, greffes… Multiplication des gestes infirmiers potentiellement à risque – Prélèvements / Injections / gestes invasifs Conditions de travail (souvent) difficiles exposant à : – Dérive des pratiques lors des soins /  observance des règles d ’hygiène  Risque accru de transmission d’une infection d’un patient à un autre… … ou d’accident d’exposition aux liquides biologiques  Prévention des infections nosocomiales virales: procédures non spécifiques Précautions standard pour la prévention des infections transmissibles par les tissus et fluides biologiques Matériels à usage unique Nettoyage, désinfection et stérilisation des dispositifs recyclables Précautions accrues pour la gestion des infections suspectées par des agents très pathogènes (ex : virus des fièvres hémorragiques, SARS- Cov2, grippe H5N1, virus Ebola) Ces procédures sont efficaces contre un large spectre d’agents infectieux : virus, bactéries, parasites, champignons  Précautions standard pour la manipulation des produits biologiques (I) Protection individuelle – Gants, surblouses, lunettes, masques : à adapter selon risque… – Hygiène des mains : lavage (point d’eau ou de GHA à commande à pied), application d’antiseptiques – Pansements étanches sur plaies cutanées – Dispositif de lavage oculaire – Mesures d’hygiène : ne pas manger, ne pas fumer… Matériel et gestes techniques adaptés – Tubes à fermeture hermétique – Conteneur pour aiguilles et lames usagées (ne pas recapuchonner!) – Pipettes électriques (ne pas pipeter à la bouche) – Décontamination des surfaces de travail et du matériel recyclable avec produits désinfectants  Produits virucides courants Produit Utilisation Activité virucide Hypochlorite de sodium (Javel, Désinfectant Virus nus et Dakin) Antiseptique enveloppés Glutaraldéhyde Désinfectant Virus nus et enveloppés Dérivés iodés (alcool iodé, Antiseptique Virus enveloppés polyvinylpirrolidone) et certains virus nus Ethanol à 70% Antiseptique Virus enveloppés Ammoniums quaternaires Antiseptique Certains virus (détergents) enveloppés Nécessité de solutions fraîchement préparées : à renouveler fréquemment Activité inhibée par de grandes quantités de produits organiques : volume à adapter  Précautions standard pour la manipulation des produits biologiques (II) Transport sécurisé des prélèvements – Emballages de sécurité étanches – Envoi séparé des feuilles de demandes Gestion et évacuation des déchets – Décontamination du matériel jetable – Récipients adaptés au mode de stérilisation – Respect des circuits d’élimination – Signalisation du risque biologique  Prévention des infections nosocomiales virales : procédures spécifiques Diagnostic et contrôle des sources d ’infection – Diagnostic et isolement (si pertinent) des personnes infectées – Exclusion temporaire d’une activité à risque pour le personnel infecté – Exclusion du don d’organe ou de sang (dépistage sérologique +/- génomique) – Traitement antiviral spécifique quand il est disponible Protection des sujets exposés – Vaccins +++ : HBV, grippe, SARS-Cov2, rougeole, HAV… – Immunoglobulines anti-RSV, -HBV, -VZV … ou polyvalentes! – Chimiothérapie préventive : grippe, HIV … (traitement des expositions accidentelles)  Conduite à tenir en cas d’accident d’exposition à un liquide biologique Pour les projections, laver les muqueuses abondamment à l’eau courante ou au sérum physiologique. Pour les piqûres et blessures, laver à l’eau avec détergent (savon), puis mettre en contact plusieurs minutes avec un produit antiseptique à action virucide. Prendre un avis médical (médecin référent, médecin du travail) pour une éventuelle prophylaxie spécifique (VIH, HBV) Déclarer l’accident.  en conclusion… infection virale : ne pas oublier ses partenaires, cad l’organisme infecté la cellule infecté le système immunitaire stratégies évolutionnistes développées par les virus persistance virale en dépit des mécanismes de défense de l’hôte infecté diagnostic virologique importance de la prescription et de l’interprétation « éclairées » des examens virologiques rôle clé des équipes paramédicales règles d’hygiène et de prélèvements biologie délocalisée Merci de votre attention…. Mon mail : [email protected]