LES VIRUS RESPIRATOIRES ANIMAUX LES VIRUS RESPIRATOIRES ANIMAUX SONT-ILS DANGEREUXSONT-ILS DANGEREUX

POUR L’HOMME ?POUR L’HOMME ?

F. FreymuthA. Vabret

Beaucoup de virus respiratoires animaux sont très proches de leurs équivalents Beaucoup de virus respiratoires animaux sont très proches de leurs équivalents en pathologie humaineen pathologie humaine : :

sur le plan virologique et parfois aussi cliniquesur le plan virologique et parfois aussi clinique- virus respiratoire syncytial bovin : VRS humain- virus respiratoire syncytial bovin : VRS humain- metapneumovirus aviaire C: hMPV- metapneumovirus aviaire C: hMPV- virus Sendai : virus parainfluenza humain 1- virus Sendai : virus parainfluenza humain 1- shipping bovine virus :virus parainfluenza humain 3- shipping bovine virus :virus parainfluenza humain 3- coronavirus bovin :HCoV OC43- coronavirus bovin :HCoV OC43

Pourtant le franchissement de barrière d’espèce (animalPourtant le franchissement de barrière d’espèce (animal homme) homme) ne semble pas exister avec ces virus.ne semble pas exister avec ces virus.

(ancêtre commun ?)(ancêtre commun ?)

MAIS MAIS - le franchissement de barrière d’espèce (homme- le franchissement de barrière d’espèce (homme animal) est peut être possible animal) est peut être possible- Il faut différencier infection et maladie- Il faut différencier infection et maladie

• De rares virus animaux ont pu franchir la barrière d’espèce et causer une pathologieDe rares virus animaux ont pu franchir la barrière d’espèce et causer une pathologiechez l’hommechez l’homme

• Pour certains virus, l’émergence n’a pas totalement réussi, car les épidémiesPour certains virus, l’émergence n’a pas totalement réussi, car les épidémieshumaines ont été contrôléeshumaines ont été contrôlées : :

- - SARS coronavirusSARS coronavirus- virus influenza aviaire A/H5N1- virus influenza aviaire A/H5N1- virus Nipah, Hendra- virus Nipah, Hendra- virus Ebola- virus Ebola

• D’autres virus ont réussi leur adaptationD’autres virus ont réussi leur adaptation. . Ils sont devenus endémiques dans les populations humaines :Ils sont devenus endémiques dans les populations humaines :

- VIH- VIH- - virus influenza A/H3N2 (1968) A/H2N2 (1957)virus influenza A/H3N2 (1968) A/H2N2 (1957)

Pour qu’un virus respiratoire parvienne à s’adapter à une autre espècePour qu’un virus respiratoire parvienne à s’adapter à une autre espèce(animal(animal homme), il doit : homme), il doit :

• Pouvoir modifier son patrimoine génétiquePouvoir modifier son patrimoine génétiquepour s’adapter au nouvel hotepour s’adapter au nouvel hote

• Être capable de modifier la fonction de certaines de ses protéinesÊtre capable de modifier la fonction de certaines de ses protéinespour infecter et se multiplier dans une nouvelle cellulepour infecter et se multiplier dans une nouvelle cellule

• Transmettre des fonctions de virulenceTransmettre des fonctions de virulencepour être pathogène.pour être pathogène.

I. Adaptation génétique : dérive génétiqueI. Adaptation génétique : dérive génétique

Seuls les Seuls les virus à ARNvirus à ARN disposent de plusieurs stratégies pour évoluer génétiquement : disposent de plusieurs stratégies pour évoluer génétiquement :

1 Mutations1 Mutations- très fréquentes : apparaissent à chaque cycle de réplication- très fréquentes : apparaissent à chaque cycle de réplication- par absence de système de correction de la polymérase- par absence de système de correction de la polymérase

quasi-espèce quasi-espèce : nuage de virus de composition génétique légèrement différente: nuage de virus de composition génétique légèrement différente- sous pression de sélection liée p.e. à l’arrivée dans un nouvel hote, - sous pression de sélection liée p.e. à l’arrivée dans un nouvel hote, le variant adapté est alors amplifiéle variant adapté est alors amplifié

2 Recombinaisons et réassortiments2 Recombinaisons et réassortiments- plus rares : infection de la même cellule par 2 virus différents- plus rares : infection de la même cellule par 2 virus différents- le virus acquiert un fragment d’ARN étranger par :- le virus acquiert un fragment d’ARN étranger par :

recombinaisonrecombinaison : la polymerase se trompe de cible : la polymerase se trompe de cibleréassortiment réassortiment : : échange de gènes entre viruséchange de gènes entre virus (virus à ARN segmenté) (virus à ARN segmenté)

En fait, deux familles de virus respiratoires ont une grande plasticité génomique :En fait, deux familles de virus respiratoires ont une grande plasticité génomique :

coronavirus : mutations et recombinaisonscoronavirus : mutations et recombinaisonsvirus influenza A : mutations et réassortimentsvirus influenza A : mutations et réassortiments

La barrière d’espèce est étroitement liée à la notion de La barrière d’espèce est étroitement liée à la notion de récepteur récepteur ::- tous les virus disposent à leur surface de protéines d’attachement - tous les virus disposent à leur surface de protéines d’attachement - elles se fixent sur des récepteurs de la surface cellulaire - elles se fixent sur des récepteurs de la surface cellulaire

spécifiques à la fois du virus et de l’hotespécifiques à la fois du virus et de l’hoteSi la cellule ou l’espèce n’a pas de récepteur, le virus n’infecte pas les cellulesSi la cellule ou l’espèce n’a pas de récepteur, le virus n’infecte pas les cellules

II. Adaptation protéique : interaction II. Adaptation protéique : interaction protéine d’attachement-récepteur.protéine d’attachement-récepteur.

Song et al. PNAS 2005

Epidémie 2002-2003 : 8000 cas, 790 Epidémie 2002-2003 : 8000 cas, 790 dcddcd

2004 : 4 cas bénins2004 : 4 cas bénins SARS-CoV 2003 et SARS-CoV 2004 : SARS-CoV 2003 et SARS-CoV 2004 :

ancètre communancètre commun

Un même virus infecte humains et Un même virus infecte humains et civettes à l’originecivettes à l’origine

Réservoir ? Réservoir ?

Mais le virus de l’épidémie de 2002 Mais le virus de l’épidémie de 2002 est #est #

Origine ?Origine ?

Ier exemple : récepteur du CoV du SARSIer exemple : récepteur du CoV du SARS

Réservoir naturelRéservoir naturelchauve-sourischauve-souris: (Rhinolophus, 69 espèces) : (Rhinolophus, 69 espèces) large répartition géographiquelarge répartition géographique

Réservoir artificielRéservoir artificiel espèces permissives sur les marchés : espèces permissives sur les marchés : ContaminationContamination

(civettes….)(civettes….) humaine : humaine : SARSSARS

Recombinaison et mutation

SARS-CoV humain : un recombinantSARS-CoV humain : un recombinant

Stavrinides J, Guttman D, J Virol, 2004

Recombinaison virus mammifère – virus Recombinaison virus mammifère – virus aviaire ? aviaire ?

Motif court à l’extrémité 3’caractéristique des coronavirus

du groupe 3 (trouvé aussi chez astroviruset picornavirus)

A) A) Il existe une grande zone d’adhérence entre la boucle de la glycoprotéine S duIl existe une grande zone d’adhérence entre la boucle de la glycoprotéine S duSRAS CoV humain de 2002-2003 et son récepteur cellulaire ACE2.SRAS CoV humain de 2002-2003 et son récepteur cellulaire ACE2.(B) 2 substitutions d’acides aminés dans la glycoprotéine S du SRAS CoV de la civette (B) 2 substitutions d’acides aminés dans la glycoprotéine S du SRAS CoV de la civette réduit l’affinité au récepteur humain ACE2 de 1000 fois en ajoutant une charge (N479K) et en réduit l’affinité au récepteur humain ACE2 de 1000 fois en ajoutant une charge (N479K) et en délétant un groupement methyl (T487S).délétant un groupement methyl (T487S).(C) dans la glycoprotéine S du SRAS CoV d’un cas humain peu grave de 2003-2004(C) dans la glycoprotéine S du SRAS CoV d’un cas humain peu grave de 2003-2004 le groupement methyl (T487S) manque également, et un résidu proline (L472P) réduitgroupement methyl (T487S) manque également, et un résidu proline (L472P) réduitla liaison au récepteur.la liaison au récepteur.

SARS-CoV humain : un virus mutéSARS-CoV humain : un virus muté

HA de virus humainHA de virus humain HA de virus aviaireHA de virus aviaireRécepteur cellulaire : Récepteur cellulaire : acide sialiqueacide sialique lié lié

au galactose en 2,6 au galactose en 2,3

• Le tractus respiratoire humain est riche en

récepteurs a2,6• Le tractus digestif des oiseaux est riche en

récepteurs a2,3

IIème exemple : récepteur des virus influenza AIIème exemple : récepteur des virus influenza A

Les virus humains se multiplient difficilement chez les oiseaux, et les virus aviaires Les virus humains se multiplient difficilement chez les oiseaux, et les virus aviaires se répliquent difficilement chez l’homme du fait de récepteurs distinctsse répliquent difficilement chez l’homme du fait de récepteurs distincts

• Peu de virus aviaires A/H5N1 ont contaminé l’homme : 18 en 1997 et 112 en 2004-2005• Le virus A/H9N2 circule en Asie sans contaminer l’homme, bien que son affinité pour lesrécepteurs humains se soit accrue…

PB1HANA

PBPB11HAHA

A(HA(H22NN22) Virus ) Virus Grippe asiatiqueGrippe asiatique

(1957)(1957)

A(HA(H33NN22) Virus ) Virus Grippe de Hong KongGrippe de Hong Kong

(1968)(1968)

Le porc Le porc dispose des récepteurs aux 2 virus humains dispose des récepteurs aux 2 virus humains et aviaires.et aviaires. On suppose qu’il On suppose qu’il est l’hote intermédiaire où s’est accompli le est l’hote intermédiaire où s’est accompli le réassortiment réassortiment entre virus aviaire et humainentre virus aviaire et humain dans les 2 dernières pandémies dans les 2 dernières pandémies grippales, grippales,

MAIS La seule présence d’un récepteur sur les cellules MAIS La seule présence d’un récepteur sur les cellules ne suffit pasne suffit pas

à déterminer la barrière d’espèce. à déterminer la barrière d’espèce. Le choix de la cellule à infecter résulte de phénomènes plus subtils…..Le choix de la cellule à infecter résulte de phénomènes plus subtils…..

A un stade précoce de l’infection d’une cellule portant les 2 typesA un stade précoce de l’infection d’une cellule portant les 2 typesde récepteurs, de récepteurs,

le virus humain infecte les cellules non ciliées (A)le virus humain infecte les cellules non ciliées (A)le virus du canard infecte les cellules ciliées (B)le virus du canard infecte les cellules ciliées (B)

Matrosovish M et al. PNAS 2004;13:4620-24

A B

III. Transmission de facteurs de virulence :III. Transmission de facteurs de virulence :exemple du virus influenza aviaire A/H5N1exemple du virus influenza aviaire A/H5N1

PolymerasePolymerasePB1, PB2, PAPB1, PB2, PA

Hémagglutinine

Protéine NS1

Neuraminidase

P. Lebon

Les virus influenza A ont un réservoir naturel :Les virus influenza A ont un réservoir naturel : les oiseaux aquatiques marins les oiseaux aquatiques marins

1. Virulence : 1. Virulence : rôle de l’hémagglutinine (HA)rôle de l’hémagglutinine (HA)

• HA se fixe au récepteur sialique de la membrane cellulaireHA se fixe au récepteur sialique de la membrane cellulaire• après être activée par clivage grâce à des protéases du mucus respiratoireaprès être activée par clivage grâce à des protéases du mucus respiratoire

• les souches hautement pathogènes de virus influenza aviaires HPVIles souches hautement pathogènes de virus influenza aviaires HPVI

- ont une hémagglutinine directement active- ont une hémagglutinine directement active

- comprenant un motif formé d’acides aminés basiques - comprenant un motif formé d’acides aminés basiques

au site de clivageau site de clivage

les virus H5N1 de l’épidémie actuelle d’influenza aviaires en Asieles virus H5N1 de l’épidémie actuelle d’influenza aviaires en Asie

(> 100.10(> 100.106 6 oiseaux dcd) ont cette propriété…oiseaux dcd) ont cette propriété…

- Ier isolat du virus influenza A H5N1en 1996 - Ier isolat du virus influenza A H5N1en 1996

à partir d’oies sauvagesà partir d’oies sauvages

- En 1997 diffusion à Hong Kong aux poules - En 1997 diffusion à Hong Kong aux poules

sur les marchéssur les marchés

18 infections humaines dont 6 décès18 infections humaines dont 6 décès

De 1997 à 2005 le virus H5N1De 1997 à 2005 le virus H5N1•infecte de + en + d’espèces d’oiseaux et de infecte de + en + d’espèces d’oiseaux et de

mammifères (porc, tigre, chat..) .. mammifères (porc, tigre, chat..) ..

extension du réservoirextension du réservoir• sa structure antigénique est conservée…sa structure antigénique est conservée…

mais beaucoup de génotypes nouveaux mais beaucoup de génotypes nouveaux

apparaissentapparaissent dérive génétiquedérive génétique• les virus sont devenus très pathogènes chez les virus sont devenus très pathogènes chez

les poules domestiques (peste aviaire..)les poules domestiques (peste aviaire..)

acquisition des genres de acquisition des genres de

virulence : HA, NS1,PB2virulence : HA, NS1,PB2• ne semble toujours pas pathogène chez le ne semble toujours pas pathogène chez le

canard sauvage : canard sauvage : réservoir et transmissionréservoir et transmission

2. Virulence : 2. Virulence : rôle de la protéine NS1 rôle de la protéine NS1 dans l’échappement à l’actiondans l’échappement à l’actionanti-virale de l’interféronanti-virale de l’interféron

Les IFN sont produits par de nombreux types de cellules en réponse à une infection virale;Les IFN sont produits par de nombreux types de cellules en réponse à une infection virale;Ils activent de nombreux gènes cellulaires, dont certains ont une activité directe antivirale.Ils activent de nombreux gènes cellulaires, dont certains ont une activité directe antivirale. Certains virus émergents ont développé des mécanismes d’échappement Certains virus émergents ont développé des mécanismes d’échappement à l’activité anti virale des IFN, et acquis une virulence particulièrement forteà l’activité anti virale des IFN, et acquis une virulence particulièrement forte::

- - virus Nipah, Hendravirus Nipah, Hendra- virus Ebola- virus Ebola- virus de l’hépatite C- virus de l’hépatite C- - virus influenza A/H5N1virus influenza A/H5N1

Viruses Titer after pretreatment* No pretreatment

INF- INF TNF-

A/Hong Kong/156/97 (H5N1) 6.25 6.0 6.5 6.25A/Hong Kong/483/97 (H5N1) 5.0 5.25 5.0 5.0A/Hong Kong/486/97 (H5N1) 6.0 5.75 6.0 6.25A/CK/Hong Kong/258/97 (H5N1) 7.0 7.25 7.25 8.0A/Goose/Hong Kong/W374/97 (H5N1) 5.0 5.5 5.5 5.25A/Hong Kong/1/68 (H3N2) < < < 6.0A/New Caledonia/20/99 (H1N1) < < < 8.0B/Lee/40 < < < 7.0A/Swine/Ned/3/80 (H1N1) < < < 7.25A/Swine/NC/35922/98 (H3N2) < < < 6.0A/Mallard/Alberta/205/98 (H2N9) < < < 5.5A/Chicken/NY/13307-3/95 (H7N2) < < < 4.25

La virulence des virus influenza A/H5N1 est liée à leur La virulence des virus influenza A/H5N1 est liée à leur resistance auxresistance aux

actions anti-virales des interférons actions anti-virales des interférons et et et du TNF- et du TNF-

Seo SH et al. Virus Research 2004;103:107-113

NS1YLA D

MTL 92

NS1YLA E MTL

Seo SH et al. Virus Research 2004;103:107-113

• Les virus H1N1 recombinants portant le gène NS1 du virus Les virus H1N1 recombinants portant le gène NS1 du virus A/H5N1 sont plus virulents chez le porc (fièvre, perte de poids, A/H5N1 sont plus virulents chez le porc (fièvre, perte de poids, virémie prolongée) que les virus H1N1 sauvagesvirémie prolongée) que les virus H1N1 sauvages• La virulence nécessite la présence d’un acide glutamique à la position 92 de la La virulence nécessite la présence d’un acide glutamique à la position 92 de la molécule NS1molécule NS1

INA HémagglutinineHémagglutinine-clivage/activationclivage/activation

Complexe deComplexe deréplication :réplication :PB1,PB2,PAPB1,PB2,PA

Gene NS1 : anti Gene NS1 : anti interféroninterféron

3. Virulence : 3. Virulence : augmentation de la capacité réplicativeaugmentation de la capacité réplicative

La polymerase du virus influenza A est responsable de La polymerase du virus influenza A est responsable de l’efficacité réplicative du virusl’efficacité réplicative du virus , , et intervient dans la spécificité pour l’hoteet intervient dans la spécificité pour l’hote

Des mutations de la RNA polymerase peuvent modifier la virulence de la souche.Des mutations de la RNA polymerase peuvent modifier la virulence de la souche.

Le changement d’un seul acide aminé dans PB2 en position 627 : E-KLe changement d’un seul acide aminé dans PB2 en position 627 : E-K

• est important pour l’adaptation aux mammifèresest important pour l’adaptation aux mammifères..

Subbarao et al. J Virol 1993;67:1761,Naffakh et al. J Gen Virol 2000;81:1283.Subbarao et al. J Virol 1993;67:1761,Naffakh et al. J Gen Virol 2000;81:1283.

• distingue les souches hautement pathogènes de virus H5N1 (HPAI) des autres.distingue les souches hautement pathogènes de virus H5N1 (HPAI) des autres.Shiya et al. Virology 2004;320:258.Shiya et al. Virology 2004;320:258.

• est trouvé dans le seul cas humain mortel dans l’épidémie de HPVI H7N7 enest trouvé dans le seul cas humain mortel dans l’épidémie de HPVI H7N7 en

Hollande en 2003.Hollande en 2003.Fouchier et al. PNAS 2004;101:1356.Fouchier et al. PNAS 2004;101:1356.

• est présent dans des isolats humains de virus A/H5N1 au Vietnam et en Thaïlandeest présent dans des isolats humains de virus A/H5N1 au Vietnam et en ThaïlandeLi et al. Nature 2004;430:209, Puthavathana etal. J Gen Virol 2005;86:423Li et al. Nature 2004;430:209, Puthavathana etal. J Gen Virol 2005;86:423..

• et dans des oiseaux sauvages en Chineet dans des oiseaux sauvages en ChineChen et al. Nature 2005;436:191.Chen et al. Nature 2005;436:191.

Situation actuelle Situation actuelle de l’épidémie aviaire à virus influenza A H5N1 et desde l’épidémie aviaire à virus influenza A H5N1 et des

cas de grippes humainescas de grippes humaines

Répartition géographique des cas humains H5N1Répartition géographique des cas humains H5N1

Cas humains A/H5N1 par pays depuis 2004 au 13 septembre 2005Cas humains A/H5N1 par pays depuis 2004 au 13 septembre 2005

Grippe A/H5N1 humaineGrippe A/H5N1 humainePr Tran Tinh Hien. Ho Chi Minh City, Vietnam

NbNb 20042004 20052005 totaltotal décèsdécès

A/H5N1A/H5N1 00 88 1818 1313

A/H3N2A/H3N2 77 33 1010 OOAH1N1AH1N1

ContaminationContamination

- exposition à des volailles 14/1814/18- contage avec eau infectée 2/18- inconnue 2/18

Grippe A/H5N1 humaineGrippe A/H5N1 humainePr Tran Tinh Hien. Ho Chi Minh City, Vietnam

CliniqueClinique- - incubation 5j. (2-7j)incubation 5j. (2-7j)- fièvre élevée- fièvre élevée- toux- toux- diarrhée - diarrhée

10/10 dcd, 2/5 survivants10/10 dcd, 2/5 survivants- pas de rhinite, de rhino-Ph, de conjonctivite- pas de rhinite, de rhino-Ph, de conjonctivite

Examen.Examen.râles crépitantsrâles crépitantsRP anormaleRP anormaleSaO2 < 90%SaO2 < 90%leuco-, thrombopénieleuco-, thrombopénieaugm. transaminasesaugm. transaminases

Infection respiratoire basseInfection respiratoire bassemais mais aussi systémique (oiseaux et autresaussi systémique (oiseaux et autres

mammifères…..)mammifères…..)mortalité élevéemortalité élevée

LES VIRUS RESPIRATOIRES ANIMAUX SONT-ILS DANGEREUXLES VIRUS RESPIRATOIRES ANIMAUX SONT-ILS DANGEREUXPOUR L’HOMME ?POUR L’HOMME ?

En théorie OUIEn théorie OUIAvec les virus à ARN, et notamment les Avec les virus à ARN, et notamment les coronavirus et virus influenza Acoronavirus et virus influenza A

qui ont la possibilité de muter en formant des quasi-espècesqui ont la possibilité de muter en formant des quasi-espèceset aussi de se recombiner ou de se réassortir.et aussi de se recombiner ou de se réassortir.

- Comme leCoV du SARS n’importe quel CoV animal peut un jour muter et/ou se recombinerComme leCoV du SARS n’importe quel CoV animal peut un jour muter et/ou se recombinerpour donner un virus adapté à l’homme….. pour donner un virus adapté à l’homme…..

- Le virus influenza A/H5N1, responsable de l’épidémie aviaire extensive en ASIE,Le virus influenza A/H5N1, responsable de l’épidémie aviaire extensive en ASIE,a acquis des gènes de virulence : HA, NS1, PB2 et peut n’importe quanda acquis des gènes de virulence : HA, NS1, PB2 et peut n’importe quands’adapter à l’homme par mutations ou réassortiment avec un virus humain.s’adapter à l’homme par mutations ou réassortiment avec un virus humain.

Ou et quand ?Ou et quand ?impossible à dire……impossible à dire……

Que faire ?Que faire ?- - identifier le réservoir sauvageidentifier le réservoir sauvage : chauve-souris (CoV, Ebola, Nipah..) et les autres ! : chauve-souris (CoV, Ebola, Nipah..) et les autres !

mais avec les oiseaux aquatiques marins :influenza 15HA et 9 NA !mais avec les oiseaux aquatiques marins :influenza 15HA et 9 NA !- identifier les hotes potentiels intermédiaires et les modes de contamination humaine :- identifier les hotes potentiels intermédiaires et les modes de contamination humaine :

concentrations humaines, animales, déforestation….etcconcentrations humaines, animales, déforestation….etc