les bactériophages (phages) sont des virus intracellulaires obligatoires qui infectent spécifiquement les bactéries. Ils ont été découverts indépendamment par deux chercheurs, Frederick William Twort1 à l’Université de Londres en 1915, et Félix D’Herelle2 qui ont confirmé la découverte et inventé le terme bactériophage en 1917 et ont été beaucoup étudiés depuis.
structure bactériophage
Les phages ont une structure très simple (Figure 1). Leur matériel génétique est contenu dans une tête en forme de prisme, entourée d’une capside protéique., Ceci est relié à la gaine allongée (parfois appelée la queue) par une région du cou ou du collier.
La gaine Forme Un tube creux à travers lequel L’ADN / ARN viral est injecté dans la cellule hôte et est entouré de protéines de gaine protectrice. Au fond de la gaine se trouve la plaque de base à laquelle sont attachées les fibres de queue (normalement six) qui facilitent la fixation à la cellule hôte.
Figure 1. Exemple de structure d’un bactériophage.
pour se reproduire, le phage doit d’abord entrer dans la cellule hôte., Ils se lient à des récepteurs spécifiques à la surface des cellules bactériennes avec leurs fibres de queue (adsorption) et créent un trou, un processus qui, avec la fixation, est coordonné par la plaque de base3. Un tube rigide est propulsé hors de la gaine, perforant un trou dans la membrane cellulaire bactérienne à travers lequel ils injectent leur matériel génétique (ADN ou ARN, double ou simple brin). Ils peuvent ensuite détourner la machinerie cellulaire de la cellule hôte pour leur propre réplication si les conditions environnantes sont défavorables dans un processus appelé cycle lytique., Alternativement, ils peuvent entrer dans un état dormant, connu sous le nom de cycle lysogénique, dans la cellule hôte si les conditions sont favorables.
cycle lytique
dans le cycle lytique (Figure 2), parfois appelé infection virulente, le phage infectant tue finalement la cellule hôte pour produire un grand nombre de leurs propres descendants. Immédiatement après l’injection dans la cellule hôte, le génome du phage synthétise les premières protéines qui décomposent l’ADN de l’hôte, permettant au phage de prendre le contrôle de la machinerie cellulaire., Le phage utilise ensuite la cellule hôte pour synthétiser les protéines restantes nécessaires à la construction de nouvelles particules de phage. Les têtes et les gaines sont assemblées séparément, le nouveau matériel génétique emballé dans la tête et de nouvelles particules de phage fille construites. Au cours de ce processus, les cellules hôtes sont progressivement affaiblies par les enzymes du phage et finissent par éclater, libérant en moyenne 100 à 200 nouveaux descendants de phage dans l’environnement environnant.
Figure 2. Représentation des étapes du cycle lytique bactériophage.
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, l’utilisant plutôt comme refuge lorsqu’elle existe dans un 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 phage, où il est alors appelé prophage., Le génome du prophage est ensuite répliqué passivement avec le génome de l’hôte car la cellule hôte se divise aussi longtemps qu’elle y reste et ne forme pas les protéines nécessaires à la production de la progéniture. 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 bactériophage.,
Transition de lysogène à lytique
Si une bactérie contenant prophage est exposée à des facteurs de stress, tels que la lumière UV, des conditions de faible teneur en nutriments ou des produits chimiques comme la mitomycine C, prophage peut spontanément s’extraire du génome de l’hôte et entrer dans le cycle lytique
Ce processus, cependant, n’est pas parfait et prophage peut parfois laisser des parties de leur ADN derrière ou prendre des parties de L’ADN de l’hôte avec eux quand ils re-circularisent., 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 zone, car ils sont capables de produire et de détecter de petits peptides dans un processus semblable au quorum sensing4.,
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 se défendre. 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 entretoises avec des séquences uniques. Ces séquences d’espacement ont une homologie avec l’ADN viral et plasmidique, y compris le phage., Lorsqu’il est attaqué par un phage précédemment non dénombré, de nouvelles entretoises sont ajoutées à un côté du CRISPR, faisant du CRISPR un enregistrement chronologique du phage rencontré par la cellule et ses ancêtres. En réponse à l’invasion de phages, les séquences CRISPR sont transcrites et, en partenariat avec les protéines Cas, ciblent et détruisent les séquences de phages homologues aux séquences d’espaceurs.
le Phage comme 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 constitue la base de nombreux outils génétiques., Il a même été dit que l’utilisation du phage comme outil 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 Salmonella et c’est ainsi que le processus de transduction est 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 nanomatériaus10, le traitement antibactérien pour les aliments, comme outil de diagnostic et systèmes de découverte et d’administration de médicaments11.
le phage uccx174 est devenu un pionnier involontaire en 1977 quand il a été le premier organisme à avoir sa séquence entière de nucléotides déterminée grâce à Fred Sanger et ses collaborateurs12.
Phage therapy
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 a signifié que dans la plupart des recherches de l’organisation sur la thérapie phagique a été abandonnée. Cependant, dans de nombreux pays de l’ex-URSS où il y avait un manque d’antibiotiques occidentaux, la recherche sur les thérapies phagiques 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 phage 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 mortelle13, 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 Cela le rend coûteux et long. Par conséquent, il s’agit actuellement d’un dernier recours et il y a encore beaucoup de travail à faire dans ce domaine.,
l’arbre généalogique des phages
Avec la disponibilité et l’accessibilité croissantes du séquençage des nucléotides, 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 partir de leur mise à jour de 2017, il y a 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,
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Table 1., Classification taxonomique ICTV des bactéries infectant les bactériophages et des archées.