LES VIRUS RESPIRATOIRES ANIMAUX SONT-ILS DANGEREUX POUR L’HOMME ? F. Freym u th A. Vabret

1. LES VIRUS RESPIRATOIRES ANIMAUX SONT-ILS DANGEREUX POUR L’HOMME ? F. Freymuth A. Vabret

2. Beaucoup de virus respiratoires animaux sont très proches de leurs équivalents en pathologie humaine : sur le plan virologique et parfois aussi clinique - virus respiratoire syncytial bovin : VRS humain - metapneumovirus aviaire C: hMPV - virus Sendai : virus parainfluenza humain 1 - shipping bovine virus :virus parainfluenza humain 3 - coronavirus bovin :HCoV OC43 Pourtant le franchissement de barrière d’espèce (animal homme) ne semble pas exister avec ces virus. (ancêtre commun ?) MAIS - le franchissement de barrière d’espèce (homme animal) est peut être possible - Il faut différencier infection et maladie

3. De rares virus animaux ont pu franchir la barrière d’espèce et causer une pathologie • chez l’homme • Pour certains virus, l’émergence n’a pas totalement réussi, car les épidémies • humaines ont été contrôlées : • - SARS coronavirus • - virus influenza aviaire A/H5N1 • - virus Nipah, Hendra • - virus Ebola • D’autres virus ont réussi leur adaptation. • Ils sont devenus endémiques dans les populations humaines : • - VIH • - virus influenza A/H3N2 (1968) A/H2N2 (1957)

4. Pour qu’un virus respiratoire parvienne à s’adapter à une autre espèce • (animal homme), il doit : • Pouvoir modifier son patrimoine génétique • pour s’adapter au nouvel hote • Être capable de modifier la fonction de certaines de ses protéines • pour infecter et se multiplier dans une nouvelle cellule • Transmettre des fonctions de virulence • pour être pathogène.

5. I. Adaptation génétique : dérive génétique • Seuls les virus à ARN disposent de plusieurs stratégies pour évoluer génétiquement : • 1 Mutations • - très fréquentes : apparaissent à chaque cycle de réplication • - par absence de système de correction de la polymérase • quasi-espèce : nuage de virus de composition génétique légèrement différente • - sous pression de sélection liée p.e. à l’arrivée dans un nouvel hote, • le variant adapté est alors amplifié • 2 Recombinaisons et réassortiments • - plus rares : infection de la même cellule par 2 virus différents • - le virus acquiert un fragment d’ARN étranger par : • recombinaison : la polymerase se trompe de cible • réassortiment : échange de gènes entre virus (virus à ARN segmenté) • En fait, deux familles de virus respiratoires ont une grande plasticité génomique : • coronavirus : mutations et recombinaisons • virus influenza A : mutations et réassortiments

6. II. Adaptation protéique : interaction protéine d’attachement-récepteur. La barrière d’espèce est étroitement liée à la notion de récepteur : - tous les virus disposent à leur surface de protéines d’attachement - elles se fixent sur des récepteurs de la surface cellulaire spécifiques à la fois du virus et de l’hote Si la cellule ou l’espèce n’a pas de récepteur, le virus n’infecte pas les cellules

7. Ier exemple : récepteur du CoV du SARS Epidémie 2002-2003 : 8000 cas, 790 dcd 2004 : 4 cas bénins SARS-CoV 2003 et SARS-CoV 2004 : ancètre commun Un même virus infecte humains et civettes à l’origine Réservoir ? Mais le virus de l’épidémie de 2002 est # Origine ? Song et al. PNAS 2005

8. Réservoir naturel • chauve-souris: (Rhinolophus, 69 espèces) • large répartition géographique • Réservoir artificiel • espèces permissives sur les marchés : Contamination • (civettes….) humaine : SARS Recombinaison et mutation

9. SARS-CoV humain : un recombinant Motif court à l’extrémité 3’ caractéristique des coronavirus du groupe 3 (trouvé aussi chez astrovirus et picornavirus) Recombinaison virus mammifère – virus aviaire ? Stavrinides J, Guttman D, J Virol, 2004

10. SARS-CoV humain : un virus muté A) Il existe une grande zone d’adhérence entre la boucle de la glycoprotéine S du 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 réduit l’affinité au récepteur humain ACE2 de 1000 fois en ajoutant une charge (N479K) et en délétant un groupement methyl (T487S). (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) réduit la liaison au récepteur.

11. IIème exemple : récepteur des virus influenza A • HA de virus humain HA de virus aviaire • Récepteur cellulaire : acide sialique lié • au galactose en a2,6 au galactose en a2,3 • Le tractus respiratoire humain est riche en récepteurs a2,6 • Le tractus digestif des oiseaux est riche en récepteurs a2,3

12. Les virus humains se multiplient difficilement chez les oiseaux, et les virus aviaires se 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 les • récepteurs humains se soit accrue…

13. Le porc dispose des récepteurs aux 2 virus humains et aviaires. On suppose qu’il est l’hote intermédiaire où s’est accompli le réassortiment entre virus aviaire et humaindans les 2 dernières pandémies grippales, A(H3N2) Virus Grippe de Hong Kong (1968) PB1 HA NA PB1 HA A(H2N2) Virus Grippe asiatique (1957)

14. MAIS La seule présence d’un récepteur sur les cellules ne suffit pas à déterminer la barrière d’espèce. Le choix de la cellule à infecter résulte de phénomènes plus subtils….. B A A un stade précoce de l’infection d’une cellule portant les 2 types de récepteurs, le virus humain infecte les cellules non ciliées (A) le virus du canard infecte les cellules ciliées (B) Matrosovish M et al. PNAS 2004;13:4620-24

15. III. Transmission de facteurs de virulence : exemple du virus influenza aviaire A/H5N1 Hémagglutinine Polymerase PB1, PB2, PA P. Lebon Neuraminidase Protéine NS1

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

17. 1. Virulence : rôle de l’hémagglutinine (HA) • HA se fixe au récepteur sialique de la membrane cellulaire • après être activée par clivage grâce à des protéases du mucus respiratoire • les souches hautement pathogènes de virus influenza aviaires HPVI • - ont une hémagglutinine directement active • - comprenant un motif formé d’acides aminés basiques • au site de clivage • les virus H5N1 de l’épidémie actuelle d’influenza aviaires en Asie • (> 100.106 oiseaux dcd) ont cette propriété…

18. - Ier isolat du virus influenza A H5N1en 1996 à partir d’oies sauvages • - En 1997 diffusion à Hong Kong aux poules sur les marchés • 18 infections humaines dont 6 décès • De 1997 à 2005 le virus H5N1 • infecte de + en + d’espèces d’oiseaux et de mammifères (porc, tigre, chat..) .. • extension du réservoir • sa structure antigénique est conservée…mais beaucoup de génotypes nouveaux apparaissent dérive génétique • les virus sont devenus très pathogènes chez les poules domestiques (peste aviaire..) acquisition des genres de virulence : HA, NS1,PB2 • ne semble toujours pas pathogène chez le canard sauvage : réservoir et transmission

19. 2. Virulence : rôle de la protéine NS1 dans l’échappement à l’action anti-virale de l’interféron 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. Certains virus émergents ont développé des mécanismes d’échappement à l’activité anti virale des IFN, et acquis une virulence particulièrement forte: - virus Nipah, Hendra - virus Ebola - virus de l’hépatite C - virus influenza A/H5N1

20. La virulence des virus influenza A/H5N1 est liée à leur resistance aux actions anti-virales des interférons a et g et du TNF-a Viruses Titer after pretreatment* No pretreatment INF-a INFg TNF- a A/Hong Kong/156/97 (H5N1) 6.25 6.0 6.5 6.25 A/Hong Kong/483/97 (H5N1) 5.0 5.25 5.0 5.0 A/Hong Kong/486/97 (H5N1) 6.0 5.75 6.0 6.25 A/CK/Hong Kong/258/97 (H5N1) 7.0 7.25 7.25 8.0 A/Goose/Hong Kong/W374/97 (H5N1) 5.0 5.5 5.5 5.25 A/Hong Kong/1/68 (H3N2) < < < 6.0 A/New Caledonia/20/99 (H1N1) < < < 8.0 B/Lee/40 < < < 7.0 A/Swine/Ned/3/80 (H1N1) < < < 7.25 A/Swine/NC/35922/98 (H3N2) < < < 6.0 A/Mallard/Alberta/205/98 (H2N9) < < < 5.5 A/Chicken/NY/13307-3/95 (H7N2) < < < 4.25 Seo SH et al. Virus Research 2004;103:107-113

21. Les virus H1N1 recombinants portant le gène NS1 du virus A/H5N1 sont plus virulents chez le porc (fièvre, perte de poids, virémie prolongée) que les virus H1N1 sauvages • La virulence nécessite la présence d’un acide glutamique à la position 92 de la molécule NS1 NS1 YLA D MTL 92 NS1 YLA E MTL Seo SH et al. Virus Research 2004;103:107-113

22. 3. Virulence : augmentation de la capacité réplicative INA • Hémagglutinine • clivage/activation Complexe de réplication : PB1,PB2,PA Gene NS1 : anti interféron La polymerase du virus influenza A est responsable de l’efficacité réplicative du virus , et intervient dans la spécificité pour l’hote

23. 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-K • est important pour l’adaptation aux mammifères. • 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. • Shiya et al. Virology 2004;320:258. • est trouvé dans le seul cas humain mortel dans l’épidémie de HPVI H7N7 en • Hollande en 2003. • Fouchier et al. PNAS 2004;101:1356. • est présent dans des isolats humains de virus A/H5N1 au Vietnam et en Thaïlande • Li et al. Nature 2004;430:209, Puthavathana etal. J Gen Virol 2005;86:423. • et dans des oiseaux sauvages en Chine • Chen et al. Nature 2005;436:191.

24. Situation actuelle de l’épidémie aviaire à virus influenza A H5N1 et des cas de grippes humaines

25. Répartition géographique des cas humains H5N1

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

27. Grippe A/H5N1 humaine • Pr Tran Tinh Hien. Ho Chi Minh City, Vietnam • Nb2004 2005 total décès • A/H5N1 0 8 18 13 • A/H3N2 7 3 10 O • AH1N1 • Contamination • - exposition à des volailles 14/18 • - contage avec eau infectée 2/18 • - inconnue 2/18

28. Grippe A/H5N1 humaine Pr Tran Tinh Hien. Ho Chi Minh City, Vietnam Clinique - incubation 5j. (2-7j) - fièvre élevée - toux - diarrhée 10/10 dcd, 2/5 survivants - pas de rhinite, de rhino-Ph, de conjonctivite Examen. râles crépitants RP anormale SaO2 < 90% leuco-, thrombopénie augm. transaminases Infection respiratoire basse mais aussi systémique (oiseaux et autres mammifères…..) mortalité élevée

29. LES VIRUS RESPIRATOIRES ANIMAUX SONT-ILS DANGEREUX • POUR L’HOMME ? • En théorie OUI • Avec les virus à ARN, et notamment les coronavirus et virus influenza A • qui ont la possibilité de muter en formant des quasi-espèces • 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 recombiner • pour donner un virus adapté à l’homme….. • 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 quand • s’adapter à l’homme par mutations ou réassortiment avec un virus humain. • Ou et quand ? • impossible à dire…… • Que faire ? • - identifier le réservoir sauvage : chauve-souris (CoV, Ebola, Nipah..) et les autres ! • mais avec les oiseaux aquatiques marins :influenza 15HA et 9 NA ! • - identifier les hotes potentiels intermédiaires et les modes de contamination humaine : • concentrations humaines, animales, déforestation….etc