Figure 2. Représentation des étapes du cycle lytique des bactériophages.
Regardez le cycle lytique en action ici.

Cycle lysogénique

Le cycle lysogénique (Figure 3), parfois appelé infection tempérée ou non virulente, ne tue pas la cellule hôte, mais l’utilise comme refuge lorsqu’elle existe à l’état dormant. Après l’injection de l’ADN phagique dans la cellule hôte, il s’intègre dans le génome hôte, à l’aide d’intégrases codées par des phages, où il est alors appelé prophage. Le génome du prophage est ensuite répliqué passivement avec le génome de l’hôte lorsque la cellule hôte se divise tant qu’elle y reste et ne forme pas les protéines nécessaires à la production de descendance. Comme le génome du phage est généralement relativement petit, les hôtes bactériens sont normalement relativement indemnes de ce processus.

Figure 3. Représentation des étapes du cycle lysogénique des bactériophages.

Transition du lysogène au lytique

Si une bactérie contenant du prophage est exposée à des facteurs de stress, tels que la lumière UV, de faibles conditions nutritives ou des produits chimiques comme la mitomycine C, le prophage peut s’extraire spontanément du génome de l’hôte et entrer dans le cycle lytique dans un processus appelé induction.

Ce processus, cependant, n’est pas parfait et prophage peut parfois laisser des portions de leur ADN derrière ou prendre des portions de l’ADN de l’hôte avec eux lorsqu’ils se recircularisent. S’ils infectent ensuite une nouvelle cellule hôte, ils peuvent transporter des gènes bactériens d’une souche à une autre dans un processus appelé transduction. Il s’agit d’une méthode par laquelle les gènes de résistance aux antibiotiques, les gènes codant pour les toxines et les superantigènes et d’autres traits de virulence peuvent se propager à travers une population bactérienne.

Des travaux récents ont montré que la transition entre l’infection lytique et l’infection lysogénique dépend également de l’abondance des phages dans une région, car ils sont capables de produire et de détecter de petits peptides dans un processus similaire à la détection du quorum 4.

Immunité bactérienne à l’infection par les phages

Toutes les bactéries ne sont pas impuissantes contre les attaques de phages, possédant un « système immunitaire » qui leur permet de riposter. CRISPR-Cas, aujourd’hui synonyme de modification génétique, a d’abord été proposé comme « système immunitaire adaptatif » bactérien par Francisco Mojica5 et indépendamment par un groupe de l’Université Paris-Sud6 en 2005. Le locus CRISPR est un ensemble de courtes séquences répétées séparées par des espaceurs avec des séquences uniques. Ces séquences espaceuses ont une homologie avec l’ADN viral et plasmidique, y compris le phage. Lorsqu’ils sont attaqués par un phage auparavant non pris en charge, de nouveaux espaceurs sont ajoutés d’un côté du CRISPR, ce qui fait du CRISPR un enregistrement chronologique du phage que la cellule et ses ancêtres ont rencontré. En réponse à l’invasion de phages, les séquences CRISPR sont transcrites et, en partenariat avec les protéines Cas, ciblent et détruisent les séquences phagiques homologues aux séquences d’espaceurs.

Le phage en tant qu’outils de biologie génétique et moléculaire

Le phage Lambda, isolé à l’origine d’Escherichia coli, est l’un des phages les mieux étudiés et a constitué la base de nombreux outils génétiques. On a même dit que l’utilisation des phages comme outils a finalement conduit au développement de la biologie moléculaire en tant que discipline7. Dans les années 1950, la capacité du phage à se recombiner avec l’ADN de l’hôte a d’abord été exploitée pour manipuler les génomes des espèces de Salmonelles et le processus de transduction est donc né8. Depuis lors, il a été utilisé comme véhicule pour déplacer du matériel génétique entre de nombreux organismes, y compris des manipulations de gènes fongiques9 et même des gènes humains. C’est grâce à l’humble phage que l’insuline humaine a d’abord été produite en toute sécurité et à moindre coût. Il a également ouvert des applications dans le criblage à haut débit de clones, le développement de nanomatériaux10, le traitement antibactérien des denrées alimentaires, en tant qu’outil de diagnostic et systèmes de découverte et d’administration de médicaments11.

Le phage ERCX174 est devenu un pionnier involontaire en 1977, lorsqu’il a été le premier organisme à voir sa séquence nucléotidique entière déterminée grâce à Fred Sanger et ses collègues.12.

Thérapie par les phages

Avant la découverte des antibiotiques par Alexander Fleming en 1928, les phages étaient explorés comme méthode de traitement des infections bactériennes. Dans l’ère post-antibiotique, l’activité pratique à large spectre du traitement antibiotique signifiait que la plupart des recherches de l’organisation sur la thérapie par les phages étaient abandonnées. Cependant, dans de nombreux pays de l’ex-URSS où il y avait un manque d’antibiotiques occidentaux, la recherche sur les thérapies par phages s’est poursuivie par nécessité. Avec les problèmes mondiaux croissants de résistance aux antibiotiques, il y a eu une résurgence dans le domaine de la thérapie par les phages ces dernières années. Alors que les phages sont capables d’infecter et de détruire les bactéries et ont été utilisés avec succès pour traiter une infection potentiellement mortelle 13, leur spécificité d’espèce et même de souche et leur potentiel d’immunité préexistante de certaines bactéries signifient que le ciblage d’un traitement par phage n’est actuellement pas un processus trivial et doit être adapté à l’infection individuelle. Cela le rend coûteux et long. Par conséquent, il s’agit actuellement d’un dernier recours et il reste encore beaucoup à faire dans ce domaine.

L’arbre généalogique des phages

Avec la disponibilité et l’accessibilité croissantes du séquençage nucléotidique, le nombre de génomes de phages soumis aux bases de données a explosé au cours des deux dernières décades14.

Les phages sont classés par le Comité International de taxonomie des virus (ICTV), à compter de leur mise à jour de 2017, il existe 19 familles de phages qui infectent les bactéries et les archées (tableau 1), mais à mesure que de plus en plus d’échantillons provenant de régions plus éloignées sont séquencés, cela ne risque de se développer qu’à l’avenir.

Pour les utilisateurs mobiles, faites défiler vers la gauche et la droite pour afficher les données du tableau ci-dessous.

Tableau 1. Classification taxonomique ICTV des bactériophages infectant les bactéries et les archées.

1. Twort FW. UNE ENQUÊTE SUR LA NATURE DES VIRUS ULTRA-MICROSCOPIQUES. Lancet. 1915;186(4814):1241-1243. doi: 10.1016/S0140-6736(01)20383-3
2. D’Herelle F. Sur un microbe invisible antagoniste des bacilles dysentériques : brève note de M. F. D’Herelle, présentée par M. Roux. 1917. Res Microbiol. 2007;158(7):553-554. doi: 10.1016/j. resmic.2007.07.005
3. Taylor NMI, Prokhorov NS, Guerrero-Ferreira RC, et coll. Structure de la plaque de base T4 et sa fonction dans le déclenchement de la contraction de la gaine. Nature. 2016;533(7603):346-352. doi: 10.1038 / nature17971
4. Erez Z, Steinberger-Levy I, Shamir M, et al. La communication entre les virus guide les décisions de lyse-lysogénie. Nature. 2017;541(7638):488-493. doi: 10.1038 / nature21049