Adaptation des bactéries à leur milieu / environnement
Un Alien qui nous veut aussi du bien !
Fun fact : Écouter de la musique avec des écouteurs ou un casque pendant une heure par jour peut multiplier par 700 la quantité de bactéries dans vos oreilles.
Photo originale
Photo modifiée
Photo modifiée (à droite)
Phages T4 visualisés par microscopie électronique
Le guitariste a été dessiné sur une photo de microscopie électronique du phage T4. Les quatre photos ont été réalisées à partir de différents lysats de phage T4 cultivés sur une souche d’Escherichia coli.
Crédits photos : ©Pierre Genevaux et ©Elio Karim
Explications
Les bactériophages : invisibles et ubiquitaires
Les bactériophages ou phages sont des virus qui infectent spécifiquement les bactéries. Ils sont présents dans toute la biosphère et ils représentent l’entité biologique la plus abondante et la plus diverse de la planète. On estime leur nombre à ~1031 sur Terre.
Découverte des bactériophages et cycle de vie
Ils ont été mis en évidence par le britannique Frederick Twort en 1915 et par le franco-canadien Frédéric d’Hérelle en 1917. Les bactériophages ne sont visibles qu’au microscope électronique mais leur activité de lyse cellulaire est détectable sur les cultures bactériennes en boite de Pétri (plages de lyse).
Boite de Petri montrant les plages de lyse formées par le phage T4 sur une culture d’Escherichia coli. Chaque plage est assimilée à un phage.
Les bactériophages sont des parasites obligatoires des cellules bactériennes et il en existe deux types :
– les phages virulents, comme le phage T4, qui après infection de la bactérie détournent la machinerie de la cellule hôte pour répliquer leur ADN, assembler des particules virales et permettre leur dissémination dans l’environnement par la lyse de leur hôte. Ce cycle de développement est appelé cycle lytique.
En 1994 au LMGM-CBI, le séquençage du génome du phage T4 a pu être achevé grâce à l’amélioration d’une nouvelle technique de séquençage par PCR. Les 2 500 paires de bases réfractaires au séquençage en raison de la présence de gènes toxiques, ont été déterminés grace à cette technologie et permis d’obtenir la séquence complète du phage T4, système modèle qui a permis l’émergence de la plupart des concepts clés en biologie moléculaire moderne.
– les phages tempérés, comme le phage Lambda, peuvent gérer deux cycles de vie distincts, le cycle lytique et le cycle lysogénique. En fonction de différents facteurs comme l’état nutritionnel de la cellule hôte, la densité des cellules ou des phages, ou la communication avec les petites molécules, les phages tempérés sont capables de procéder à un cycle lysogénique entraînant l’intégration du génome viral à un seul site du chromosome de son hôte. Une fois intégré, le génome du bactériophage, appelé prophage, est répliqué passivement avec le chromosome bactérien et certains de ses gènes pourront dans certaines conditions être exprimés dans la bactérie.
Dans certaines circonstances, comme l’exposition à des produits chimiques ou l’accumulation de dommages à l’ADN, l’ADN du prophage est excisé du chromosome bactérien et réactive son cycle lytique.
Au LMGM-CBI, l’équipe Génétique des bactéries lactiques a caractérisé un système d’intégration (recombinaison spécifique de site) d’un bactériophage tempéré de Lactobacillus bulgaricus capable de fonctionner dans différentes espèces de bactéries.
Rôle dans l’environnement
On trouve des prophages dans près de la moitié des génomes bactériens et ils peuvent représenter jusqu’à 20 % de l’ADN bactérien. Ils ont alors un impact important sur la dynamique de ces génomes et jouent un rôle environnemental essentiel dans le fonctionnement des écosystèmes (dont les microbiotes) en régulant en particulier la croissance bactérienne mais aussi en contribuant à l’évolution génétique des microorganismes. Les prophages peuvent alors conférer de nouvelles propriétés à la bactérie (conversion lysogénique) en synthétisant de nouvelles molécules comme par exemple des toxines (ex du choléra) ou provoquer la résistance à des bactériophages (immunité ; ex système CRISPR/Cas).
Les bactériophages sont largement utilisés en recherche et développement en biologie moléculaire pour transférer des gènes d’un génome à un autre (vecteur de clonage ; transduction), et en médecine pour leur utilisation dans la lutte contre les infections bactériennes multirésistantes aux antibiotiques (phagothérapie) en raison de leur spécificité bactérienne contrairement aux antibiotiques.
Au LMGM-CBI, l’équipe Diversité, évolution et structure du génome des bactériophages de type T4 a découvert le phénomène appelé synergie phage – antibiotique. En effet, la thérapie par les phages est essentiellement réalisée en combinaison avec une large gamme d’antibiotiques, et ce type de traitements combinés entraînent une augmentation de l’élimination des bactéries. Ce phénomène suggère que les changements induits par les antibiotiques dans la physiologie bactérienne modifient la dynamique de la propagation des phages.
