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La quantité et la disposition des protéines et de l’acide nucléique des virus déterminent leur taille et leur forme. L’acide nucléique et les protéines de chaque classe de virus s’assemblent en une structure appelée nucléoprotéine, ou nucléocapside. Certains virus ont plus d’une couche de protéines entourant l’acide nucléique ; d’autres encore ont une membrane lipoprotéique (appelée enveloppe), dérivée de la membrane de la cellule hôte, qui entoure le noyau de la nucléocapside. La membrane est pénétrée par des protéines supplémentaires qui déterminent la spécificité du virus pour les cellules hôtes. Les constituants des protéines et des acides nucléiques ont des propriétés uniques pour chaque classe de virus ; une fois assemblés, ils déterminent la taille et la forme du virus pour cette classe spécifique. Les génomes des Mimivirus et des Pandoravirus, qui font partie des plus grands virus connus, varient de 1 à 2,5 Mb (1 Mb = 1 000 000 de paires de bases d’ADN).
La plupart des virus ont un diamètre qui varie de 20 nanomètres (nm ; 0,0000008 pouce) à 250-400 nm ; les plus grands, cependant, mesurent environ 500 nm de diamètre et ont une longueur d’environ 700-1 000 nm. Seuls les virus les plus grands et les plus complexes peuvent être observés au microscope optique à la plus haute résolution. Toute détermination de la taille d’un virus doit également tenir compte de sa forme, car les différentes classes de virus ont des formes distinctives.
Les formes des virus sont principalement de deux types : les bâtonnets, ou filaments, appelés ainsi en raison du réseau linéaire de l’acide nucléique et des sous-unités protéiques ; et les sphères, qui sont en fait des polygones à 20 côtés (icosaédriques). La plupart des virus végétaux sont petits et sont soit des filaments, soit des polygones, tout comme de nombreux virus bactériens. En revanche, les bactériophages, plus grands et plus complexes, contiennent comme information génétique de l’ADN double brin et combinent à la fois des formes filamenteuses et polygonales. Le bactériophage T4 classique est composé d’une tête polygonale, qui contient le génome de l’ADN, et d’une queue en forme de bâtonnet aux fonctions spéciales, constituée de longues fibres. Des structures comme celles-ci sont uniques aux bactériophages.
Les virus animaux présentent une variation extrême de taille et de forme. Les plus petits virus animaux appartiennent aux familles Parvoviridae et Picornaviridae et mesurent respectivement environ 20 nm et environ 30 nm de diamètre. Les virus de ces deux familles sont des icosaèdres et contiennent des acides nucléiques avec une information génétique limitée. Les virus de la famille des Poxviridae mesurent environ 250 à 400 nm dans leur plus grande dimension, et ne sont ni des polygones ni des filaments. Les poxvirus sont structurellement plus complexes que les simples bactéries, malgré leur étroite ressemblance. Les virus animaux dont les nucléocapsides sont en forme de bâtonnets (hélicoïdaux) sont ceux qui sont enfermés dans une enveloppe ; on trouve ces virus dans les familles Paramyxoviridae, Orthomyxoviridae, Coronaviridae et Rhabdoviridae. Cependant, tous les virus enveloppés ne contiennent pas des nucléocapsides hélicoïdaux ; ceux des familles Herpesviridae, Retroviridae et Togaviridae ont des nucléocapsides polygonaux. La plupart des virus enveloppés semblent être sphériques, bien que les rhabdovirus soient des cylindres allongés.
Les critères utilisés pour classer les virus en familles et en genres sont principalement basés sur trois considérations structurelles : (1) le type et la taille de leur acide nucléique, (2) la forme et la taille des capsides, et (3) la présence d’une enveloppe lipidique, dérivée de la cellule hôte, entourant la nucléocapside virale.
L’acide nucléique
Comme c’est le cas dans toutes les formes de vie, l’acide nucléique de chaque virus code l’information génétique pour la synthèse de toutes les protéines. Dans presque tous les organismes vivant librement, l’information génétique se présente sous la forme d’un ADN double brin disposé comme un treillis en spirale relié aux bases sur toute la longueur de la molécule (une double hélice). Chez les virus, cependant, l’information génétique peut se présenter sous diverses formes, notamment de l’ADN ou de l’ARN simple ou double brin.
Les acides nucléiques des virions sont disposés en génomes. Tous les virus à ADN double brin sont constitués d’une seule grande molécule, tandis que la plupart des virus à ARN double brin ont des génomes segmentés, chaque segment représentant généralement un seul gène qui code l’information pour synthétiser une seule protéine. Les virus à ADN génomique simple brin sont généralement de petite taille, avec une information génétique limitée. Certains virus à ADN monocaténaire sont composés de deux populations de virions, chacune constituée d’ADN monocaténaire complémentaire de polarité opposée à celle de l’autre.
Les virions de la plupart des virus végétaux et de nombreux virus animaux et bactériens sont composés d’ARN monocaténaire. Dans la plupart de ces virus, l’ARN génomique est qualifié de brin positif car il agit comme ARNm pour la synthèse directe (traduction) des protéines virales. Plusieurs grandes familles de virus animaux, et une qui comprend à la fois des virus végétaux et animaux (les Rhabdoviridae), contiennent cependant un ARN génomique monocaténaire, appelé brin négatif, qui est complémentaire de l’ARNm. Tous ces virus à ARN à brin négatif possèdent une enzyme, appelée ARN polymérase ARN-dépendante (transcriptase), qui doit d’abord catalyser la synthèse de l’ARNm complémentaire à partir de l’ARN génomique du virion avant que la synthèse des protéines virales puisse avoir lieu. Ces variations dans les acides nucléiques des virus constituent un critère central de classification de tous les virus.
Une grande famille distinctive de virus à ARN monocaténaire est appelée Retroviridae ; l’ARN de ces virus est positif, mais les virus sont équipés d’une enzyme, appelée transcriptase inverse, qui copie l’ARN monocaténaire pour former de l’ADN double brin.