Vaches infectées par la grippe aviaire : comment le virus de la grippe est-il devenu un démon ?丨Virus Super Topic

« Il y a un poisson dans la mer du Nord, il s'appelle Kun. Il se transforme en oiseau, il s'appelle Peng. » Ils peuvent attraper la grippe et infecter les gens. Les oiseaux sont les principaux hôtes des virus de la grippe, mais récemment, des vaches laitières américaines ont été infectées par le virus de la grippe aviaire H5N1, suscitant l'inquiétude des résidents locaux. Pourquoi le virus de la grippe est-il si omniprésent ? Il s'est transformé en démon et avait ses propres méthodes et secrets.

Écrit par Li Qingchao (Université normale du Shandong)

Les virus de la grippe constituent une menace sérieuse pour la santé humaine et ont provoqué de nombreuses pandémies dans l’histoire. La pandémie de grippe de 1918 a infecté environ 500 millions de personnes et en a tué 50 millions (certaines estimations parlent de 100 millions). La pandémie de grippe de 2009 a infecté environ un cinquième de la population mondiale et causé entre 150 000 et 570 000 décès. Il s’agit de la première urgence de santé publique de portée internationale (USPPI) reconnue par l’Organisation mondiale de la santé (OMS) ; le système a été promulgué pour la première fois dans le Règlement sanitaire international (2005)). Il doit être clair que la santé humaine peut toujours être entourée de l’ombre d’une pandémie de grippe.

Les virus de la grippe sont un type de virus appartenant à la famille des Orthomyxoviridae, qui peut être divisée en quatre types : IAV (virus de la grippe A), IBV, ICV et IDV (correspondant à A, B, C et D en chinois). Les virus de la grippe A ont une large gamme d’hôtes, l’hôte principal des virus de la grippe B et C est l’homme, tandis que les virus de la grippe D infectent jusqu’à présent les bovins, les chèvres et les porcs. Lorsque les gens parlent de grippe, ils font généralement référence au virus de la grippe A, hautement pathogène, qui représente un petit nombre de cas. D’autres types de virus de la grippe et la plupart des sérotypes de virus de la grippe A ne sont pas hautement pathogènes et ne peuvent provoquer que des rhumes ; environ 10 à 15 % des rhumes courants sont causés par des virus grippaux.

Cela signifie-t-il que nous serons en sécurité une fois pour toutes si nous éliminons simplement ces virus grippaux hautement pathogènes ? Désolé, le « Cercle du virus de la grippe A » a une façon de « se cultiver pour devenir un démon ».

Les virus de la grippe ont différents types

Les virus de la grippe sont très divers et peuvent être divisés en plusieurs types.

Le « type » de la grippe dite « de type A » est un concept d’espèce, qui est déterminé par la séquence du gène viral. L'ensemble des espèces de virus de la grippe A est également divisé en différents « types » ; le « type » fait ici référence à la combinaison sérotypique de l'hémagglutinine (HA ou H) et de la neuraminidase (NA ou N) du virus de la grippe.

Figure 1. Schéma du virus de la grippe. Le virus de la grippe est un virus à ARN enveloppé avec un génome segmenté. Son enveloppe contient principalement de l'hémagglutinine (bleu) et de la neuraminidase (rouge), et son génome est constitué de 8 segments d'ARN (vert). Source de l'image : cdc.gov

Le virus de la grippe est un virus enveloppé et ses protéines d’enveloppe sont principalement l’hémagglutinine et la neuraminidase, qui jouent un rôle important dans l’infection et la libération du virus. Ces protéines sont situées à la surface des particules virales et constituent également des cibles importantes pour les anticorps produits par l’immunité humorale de l’hôte. Les différents virus de la grippe ont des hémagglutinines et des neuraminidases légèrement différentes, de sorte que la spécificité des anticorps qu'ils induisent est également différente. Si un groupe de pathogènes a le même sérotype, cela signifie que les anticorps induits par ces pathogènes (principalement prélevés dans le sérum pour les tests) ont la même spécificité. Actuellement, 19 sérotypes différents d’hémagglutinine et 11 sérotypes différents de neuraminidase du virus de la grippe A ont été découverts. La combinaison des deux sérotypes est appelée le « type ». Par exemple, le HA du virus de la grippe H5N1 est le sous-type 5 et le NA est le sous-type 1. Il n’est pas difficile de calculer qu’il peut y avoir théoriquement 18 × 11 = 198 types de virus de la grippe A. Plus de 130 combinaisons de sous-types de grippe A ont été identifiées dans la nature, principalement chez les oiseaux sauvages. [1]

Le « type » de virus de la grippe a une signification biologique importante. Cela reflète la gamme d’hôtes du virus et la gravité de la maladie. Il s’agit d’un indicateur important pour la surveillance épidémiologique et le suivi de la transmission et de la mutation du virus. Elle détermine également des questions importantes telles que la conception et la production de vaccins, ainsi que le traitement des maladies.

Le virus de la grippe est vraiment efficace

Le virus de la grippe a une grande variété d’hôtes, infectant tout ce qui vole dans l’air, nage dans l’eau et court sur le sol. Ceux qui volent dans le ciel comprennent les oiseaux et les chauves-souris, ceux qui nagent dans l'eau font référence aux mammifères marins (pas aux poissons) et ceux qui courent sur le sol comprennent les mammifères, y compris les humains et les autruches (gros, si rigoureux). Le virus de la grippe A profite de son hôte pour occuper complètement la terre, la mer et l’air.

En ce qui concerne les virus de la grippe A, le plus préoccupant est le réservoir du virus de la grippe aviaire (VAI) chez les oiseaux migrateurs, en particulier les réservoirs importants et diversifiés de virus de la grippe A dans les populations de sauvagine sauvage. La grippe aviaire est moins nocive pour les oiseaux et la plupart des infections sont généralement asymptomatiques. Cependant, avec les activités et la migration des oiseaux, la grippe aviaire peut être transmise à des groupes d’animaux tels que la volaille et le bétail qui sont en contact étroit avec les humains, et provoquer ainsi une infection humaine.

Les virus de la grippe humaine peuvent également infecter les porcs. Avec les porcs comme hôtes intermédiaires, les virus de la grippe provenant de diverses sources infectent le même porc ensemble, provoquant une infection mixte, qui peut produire des souches mutantes de la grippe qui sont facilement capables d'infecter les humains. Ce réseau de migration et de mutation de l’hôte du virus (oiseaux migrateurs → volailles → porcs → humains) rend impossible l’éradication de la grippe, laissant la santé humaine exposée à la menace de pandémies de grippe à tout moment.

Figure 2 Différents virus de la grippe et leurs hôtes. Les principaux groupes hôtes du virus de la grippe A sont les oiseaux aquatiques sauvages, la volaille, les porcs et les humains, et différents groupes hôtes ont des types de virus de la grippe relativement fixes qui continuent de circuler (flèches circulaires foncées). En sautant d’hôte en hôte, les virus de la grippe A infectés par ces quatre principaux groupes d’hôtes peuvent infecter d’autres animaux (flèches claires). Source de l'image : Référence [2]

Le « point faible » de la grippe aviaire

L’incidence de la grippe et la diversité des virus chez les oiseaux sont élevées, mais il n’est pas facile pour les oiseaux sauvages ou la volaille de transmettre directement la grippe aviaire aux humains. Les groupes à haut risque d’infection par la grippe aviaire sont principalement les éleveurs de bétail et les vétérinaires, le personnel de vente sur les marchés de volailles vivantes et les abatteurs. Cela est dû au fait que la liaison du virus de la grippe et l’invasion des cellules sont initiées par la liaison spécifique entre l’hémagglutinine de surface virale et les polysaccharides de surface cellulaire. La capacité des différents types de virus de la grippe à infecter différents hôtes est déterminée par les types et la distribution des hémagglutinines virales et des polysaccharides cellulaires.

Le virus de la grippe utilise sa propre hémagglutinine virale (une protéine capable de reconnaître spécifiquement les polysaccharides, également appelée agglutinine) pour reconnaître les polysaccharides à la surface cellulaire, les adsorber spécifiquement et initier le processus d'invasion. Le virus de la grippe aviaire reconnaît et se lie principalement à l'acide sialique α-2,3 galactose à l'extrémité du polysaccharide (l'acide sialique est relié au galactose par une liaison chimique α-2,3. Ces deux molécules de sucre sont situées à l'extrémité du polysaccharide et peuvent être reconnues par le virus de la grippe aviaire). Ce polysaccharide est présent dans les voies respiratoires et digestives des oiseaux. La principale substance présente dans les voies respiratoires supérieures humaines (muqueuse nasale, sinus paranasaux, pharynx, trachée) et les bronches est l'acide sialique α-2,6 galactose. L'acide sialique α-2,3-galactose ciblé par le virus de la grippe aviaire se trouve principalement dans les bronches et les alvéoles humaines. Ainsi, lorsqu’un virus de la grippe aviaire traverse finalement les montagnes et les rivières pour atteindre un élevage de poulets et causer des problèmes, et veut nuire davantage aux humains, il est toujours confronté au défi d’atteindre directement les alvéoles. Cela ne pourrait probablement se produire que si les humains étaient en « contact étroit et respiraient profondément » avec la volaille. Il n’est pas difficile d’imaginer que les patients atteints de grippe aviaire présentent souvent des symptômes plus graves – une pneumonie (car la grippe aviaire infecte les poumons).

Une fois que les humains sont infectés par la grippe aviaire par les oiseaux, peuvent-ils également transmettre la grippe à d’autres personnes ? Cela dépend de la capacité de la grippe aviaire à se transmettre efficacement entre humains. En l’absence de mutation, lorsque les virus de la grippe aviaire infectent de nouveaux hôtes humains, ils sont également confrontés aux problèmes d’attachement inefficace du virus aux tissus des voies respiratoires supérieures et à la difficulté d’atteindre les récepteurs cellulaires. Même lorsqu’ils parviennent à infecter les voies respiratoires supérieures, les virus de la grippe aviaire présentent de faibles niveaux de réplication virale dans ces tissus. D’autre part, pour qu’un virus se propage efficacement, en plus de pouvoir infecter et se répliquer, il doit également propager efficacement de nouvelles particules virales. Lorsque le virus de la grippe quitte la cellule hôte, il utilise la neuraminidase pour couper les récepteurs polysaccharidiques sur lesquels il s'appuie pour l'invasion, empêchant ainsi le nouveau virus d'être piégé à la surface de la cellule ou sur les glycoprotéines et incapable de se propager en raison de la reconnaissance et de la liaison du nouveau virus aux récepteurs cellulaires. La neuraminidase du virus de la grippe aviaire ne peut pas couper efficacement les récepteurs de surface des cellules humaines, de sorte que les particules virales sont mal aérosolisées et ont du mal à s'échapper du site d'infection et à se propager par des gouttelettes. Compte tenu de tous les facteurs ci-dessus, les virus aviaires ne peuvent pas être transmis efficacement d’une personne à l’autre par voie aérienne.

Contrairement à la grippe aviaire, le récepteur du virus de la grippe humaine est l'acide sialique α-2,6 galactose à l'extrémité du polysaccharide. Le virus de la grippe transmis par gouttelettes peut facilement trouver des sites d’infection dans les voies respiratoires supérieures et établir une infection. La neuraminidase peut également fonctionner normalement et les nouveaux virus produits et propagés peuvent continuer à infecter d’autres cellules ou hôtes. Il convient de noter que, comme l’acide sialique α-2,6 galactose est également distribué dans les bronches et les alvéoles, la grippe a le potentiel de se transformer en pneumonie, entraînant de graves conséquences.

Fig. 3 Types et distribution des polysaccharides dans les voies respiratoires humaines. Le sialyl α-2,6 galactose est distribué dans l'ensemble des voies respiratoires (représenté en vert), tandis que l'acide sialique α-2,3 galactose est principalement distribué dans les bronches et les alvéoles (représentés en rouge et vert foncé). Source de l'image : Référence [3]

Figure 4 La vie et la mort dépendent d’une « clé ». A est de l'acide sialique lié à l'α-2,6 galactose et B est de l'acide sialique lié à l'α-2,6 galactose. Le rouge est l'acide sialique et le vert est le galactose. Les positions où l’acide sialique est lié au galactose sont différentes. Source de l'image : Référence [4]

Le « secret » du virus de la grippe

La « mutation » est le seul moyen pour les virus de se reproduire et de survivre. La mutation ponctuelle et la recombinaison ne posent pas de problème, et les virus de la grippe possèdent également des capacités de réarrangement uniques. Grâce à ces trois méthodes de mutation, les virus de la grippe pourraient être capables de traverser la gamme d’hôtes d’origine et de réaliser un « saut d’hôte ».

Le réarrangement fait référence à la recombinaison des molécules génomiques des virus à génome segmenté. Les virus de la grippe contiennent un génome segmenté de huit segments d’ARN, et si une cellule est infectée par deux ou plusieurs virus de la grippe différents, l’ARN des deux virus se répliquera dans le noyau cellulaire. Lorsque de nouvelles particules virales sont assemblées sur la membrane plasmique, elles sélectionnent au hasard 8 génomes parmi les deux ensembles de génomes d'origine pour les combiner afin de produire un nouveau génome viral. Ce processus est appelé réarrangement. Les nouveaux virus sont appelés réassortis.

Le réassortiment et l'échange de segments d'ARN entre les virus de la grippe mammalienne et de la grippe aviaire provoquent des changements drastiques dans les propriétés virales (comme un « décalage antigénique » antigénique), qui peuvent produire des virus mutants qui sont plus facilement transmissibles et peuvent provoquer des pandémies de grippe. En revanche, les virus de la grippe peuvent également s’adapter progressivement à de nouveaux hôtes par le biais de mutations ponctuelles, et les changements antigéniques causés par les mutations ponctuelles sont appelés « dérive antigénique ».

Le cochon, coéquipier du virus de la grippe

Avec « l'aide » de l'Esprit du Serpent Vert, les sept Frères Calabash peuvent se transformer en un seul Frère Calabash King Kong. Alors qui aidera le virus de la grippe à devenir un démon ? La réponse est : cochon.

Le rôle des chauves-souris dans l’infection des humains par les coronavirus est presque certain ; Bien que les chauves-souris soient également infectées par la grippe, aucun cas de chauves-souris transmettant la grippe à l'homme n'a été signalé. En ce qui concerne la propagation de la grippe, on peut dire que les porcs sont des « coéquipiers porcins » extrêmement puissants : ils sont un membre important de la chaîne de transmission oiseaux sauvages → volailles → porcs → humains. Biologiquement parlant, les voies respiratoires des porcs présentent les caractéristiques des récepteurs de polysaccharides des humains et des oiseaux : elles sont riches en deux types de polysaccharides : l'α-2,6 galactose et l'acide sialique α-2,6 galactose. Par conséquent, les porcs peuvent être plus sensibles à la grippe aviaire, à la grippe humaine et à la grippe porcine. Lorsque ces virus existent simultanément chez les porcs, il existe une probabilité qu’un virus recombinant se forme, possédant à la fois la transmissibilité de la grippe humaine et la pathogénicité de la grippe aviaire. Les porcs deviennent ainsi des mélangeurs de virus de la grippe, accélérant ainsi le processus d’évolution virale.

La souche pandémique H1N1 de 2009 est un réassortiment de trois virus de la grippe : aviaire, humaine et porcine. Dans ce processus, les porcs jouent un rôle clé : les poulets et les canards peuvent être infectés par la grippe aviaire provenant d’oiseaux sauvages et la transmettre aux porcs ; les porcs peuvent également être infectés par des virus de la grippe humaine. Lorsque les porcs sont infectés par deux ou plusieurs virus de la grippe en même temps, ils subissent un réarrangement génétique dans leur corps et produisent des virus de la grippe hautement virulents qui peuvent infecter les humains.

Figure 5 Événements épidémiques et de réorganisation importants dans l’histoire. La pandémie de grippe de 1918 a été causée par une souche de grippe aviaire provenant d'oiseaux, qui est redevenue localement répandue en 1977. Le virus de la grippe porcine pandémique de 2009 était un virus originaire des porcs par le réassortiment d'au moins trois virus grippaux. La principale raison du changement dans la prévalence des virus de la grippe saisonnière, en plus des changements dans le réarrangement des gènes (décalage antigénique) du réservoir naturel du virus chez les oiseaux, est que le virus provoque une dérive antigénique par le biais de mutations ponctuelles, échappant à l'immunité d'origine de la population humaine, provoquant ainsi une autre épidémie. Source de l'image : Référence [5]

Quelle chance le virus de la grippe doit-il avoir ?

Actuellement, seuls les sous-types H1, H2 et H3 sont naturellement adaptés pour infecter les humains. D’autres hémagglutinines doivent subir des mutations adaptatives pour pouvoir infecter les humains. Les substitutions d'acides aminés dans le site de liaison du récepteur de l'hémagglutinine sont nécessaires pour modifier les propriétés de liaison des polysaccharides et favoriser le changement d'hôte. Ce processus équivaut à modifier la clé, en transformant la clé (hémagglutinine) portée par différents virus en une clé capable d'ouvrir la serrure cellulaire (polysaccharide). La série de résidus d’acides aminés dans le site de liaison du polysaccharide de l’hémagglutinine virale est équivalente aux dents d’une clé. Les substitutions spécifiques d’acides aminés qui entraînent des propriétés de liaison au récepteur altérées sont différentes pour chaque isoforme d’hémagglutinine.

Pour infecter efficacement les humains, le virus doit acquérir une préférence pour les récepteurs humains, ou au moins avoir la capacité de se lier faiblement aux récepteurs humains en plus des récepteurs aviaires, afin d'infecter et de se répliquer avec succès dans les cellules épithéliales des voies respiratoires supérieures humaines. Pour parvenir à une transmission interhumaine efficace, les virus de la grippe doivent également réduire leur liaison aux récepteurs aviaires. Cela est dû au fait que les voies respiratoires supérieures humaines sont recouvertes de molécules de mucine sécrétées contenant des récepteurs d’acide sialique liés en α-2,3, qui ne peuvent pas servir de médiateur à l’entrée du virus dans les cellules mais peuvent se lier aux particules virales. Les molécules de mucine sont étroitement liées à l’épithélium respiratoire, ce qui réduit la probabilité que le virus soit expulsé des voies respiratoires par des gouttelettes produites par la toux ou les éternuements.

Les virus sont un type de parasites intracellulaires obligatoires sans structure cellulaire. Ils ne portent qu’un petit nombre de gènes destinés à leur propre usage, et la plupart des conditions nécessaires à la réplication virale sont fournies par les cellules. Par conséquent, les virus qui infectent différents hôtes ou types de cellules s’adaptent souvent au type de cellule qu’ils infectent et profitent des conditions de la cellule hôte pour se répliquer. Si vous passez à une autre espèce ou à un autre type de cellule, le processus de réplication du virus peut rencontrer des problèmes. Cette propriété est appelée spécificité de l’infection virale. La spécificité de l’infection virale est un reflet complet de l’ensemble du processus de réplication virale. Les déterminants des sauts d’hôte des virus de la grippe aviaire A sont complexes et impliquent de multiples facteurs viraux et hôtes. La percée du récepteur susmentionné n’est qu’un point relativement important.

L’accumulation de mutations adaptatives du virus de la grippe nécessaires à la grippe aviaire pour surmonter la restriction des espèces et déclencher une nouvelle pandémie comprend également : 1) l’accumulation de mutations spécifiques dans la réplicase ; 2) changements d’affinité pour les récepteurs ; 3) cohérence entre le pH de fusion des particules virales et celui du corps humain ; 4) stabilité accrue des particules virales ; et 5) l’évasion ou la résistance aux facteurs de restriction.

Figure 6 : Processus par lequel la grippe aviaire passe d’un hôte à l’autre et se transforme en grippe pandémique ou saisonnière. Source de l'image : Référence [7]

Combien d’efforts les humains doivent-ils fournir ?

Figure 7 La propagation des virus de la grippe et leur contrôle. Les virus de la grippe peuvent être transmis aux humains par un large éventail d’hôtes. La source des virus de la grippe est principalement les oiseaux sauvages, et les hôtes intermédiaires essentiels sont principalement la volaille, les porcs et les chats. La dernière découverte montre que les bovins peuvent également servir de « relais » pour la grippe aviaire.

Du point de vue de la relation évolutive entre les virus et les hôtes, le « but » ultime du virus n’est pas de tuer l’hôte, mais de se répliquer. Les nouveaux virus qui infectent les humains sont plus pathogènes, tandis que les virus qui ont une longue histoire de coexistence avec les humains ne sont souvent pas extrêmement pathogènes (les virus sont dépistés par les humains et le statut immunitaire humain s'améliore constamment. En prenant le nouveau coronavirus et le VIH comme exemples, la gravité de la maladie a considérablement diminué par rapport à leur apparition). Le virus de la grippe aviaire pourrait éventuellement évoluer vers la grippe saisonnière : il persiste dans la population humaine, est hautement transmissible, mais est moins pathogène. Cependant, au cours de cette transition, une pandémie de grippe pourrait émerger, provoquant de graves catastrophes pour l’humanité : elle est hautement infectieuse et pathogène. C'est quelque chose que nous ne voulons pas voir.

Étant donné la capacité du virus de la grippe à se « cultiver », il est important pour les virologues de continuer à prêter attention à la menace que représentent les virus de la grippe pour la santé humaine et de la contenir. La récente découverte aux États-Unis que le bétail peut être infecté par le virus de la grippe H5N1 a provoqué une alarme mondiale (le bétail n’est généralement infecté que par le virus de la grippe D) ; plus sérieusement, il s’agit du premier cas confirmé de vaches transmettant le virus de la grippe H5N1 aux humains (et aux chats). Cela révèle un danger caché majeur : le virus de la grippe aviaire s'adapte-t-il pour se propager chez les mammifères ? Il a trouvé de nouveaux moyens de se propager ailleurs que chez les porcs et pourrait même se propager entre humains.

« Un monde, une santé ». Nous nous soucions du développement de la santé animale. En plus de protéger les animaux sauvages et de promouvoir le développement de l’élevage, nous nous soucions également de la santé des êtres humains eux-mêmes. La propagation de la grippe aviaire parmi les volailles et le bétail portera gravement atteinte à l’industrie de l’élevage, entraînant des pertes économiques, et constituera également une « fenêtre d’opportunité » pour une pandémie de grippe humaine. Afin de contrôler la propagation de la grippe, des mesures doivent être prises au niveau de la surface de contact entre les hôtes intermédiaires et les oiseaux sauvages, les hôtes intermédiaires et les hôtes intermédiaires et les humains. Pour la majorité des lecteurs, se faire vacciner contre la grippe et éviter tout contact direct avec la volaille vivante et les oiseaux sauvages sont les mesures préventives les plus importantes.

Références

[1] https://www.cdc.gov/flu/about/viruses/types.htm

[2] Long, JS, Mistry, B., Haslam, SM et al. Déterminants hôtes et viraux de la spécificité de l'espèce du virus de la grippe A. Nat Rev Microbiol 17, 67–81 (2019). https://doi.org/10.1038/s41579-018-0115-z

[3] Nelli, RK, Kuchipudi, SV, White, GA et al. Distribution comparative des récepteurs de l'acide sialique de la grippe de type humain et aviaire chez le porc. BMC Vet Res 6, 4 (2010). https://doi.org/10.1186/1746-6148-6-4

[4] Kuchipudi, Suresh V. et al. « Récepteurs d’acide sialique : la clé pour résoudre l’énigme de la propagation des virus zoonotiques. » Virus 13 (2021) : n. page

[5] Long, JS, Mistry, B., Haslam, SM et al. Déterminants hôtes et viraux de la spécificité de l'espèce du virus de la grippe A. Nat Rev Microbiol 17, 67–81 (2019). https://doi.org/10.1038/s41579-018-0115-z.

[6] Long, JS, Mistry, B., Haslam, SM et al. Déterminants hôtes et viraux de la spécificité de l'espèce du virus de la grippe A. Nat Rev Microbiol 17, 67–81 (2019). https://doi.org/10.1038/s41579-018-0115-z.

Produit par : Science Popularization China

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