Contrôler le cycle de vie des virus qui attaquent les bactéries

Les virus bactériophages, ou phages en abrégé, virus qui attaquent les bactéries, ont une vie plus complexe qu'on ne le pensait auparavant.

On a récemment découvert qu’ils sont même capables de communiquer entre eux, établissant ainsi des stratégies pour infecter les bactéries. C’est pourquoi il s’agit d’un domaine de recherche florissant, en raison de ses applications possibles en biotechnologie et en biomédecine.

Aujourd'hui, un groupe international de chercheurs dirigé par l'Institut de biomédecine de Valence (IBV), du Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC) en Espagne, révèle un nouveau mécanisme, plus complexe qu'on ne le pensait auparavant, pour contrôler le cycle de vie d'un des familles de phages ayant la capacité de communiquer.

Ce travail est le résultat d'une collaboration entre le groupe dirigé par Alberto Marina à l'IBV et celui de José R. Penadés à l'Imperial College London, avec la participation du groupe d'Avigdor Eldar, de l'Université de Tel Aviv. Les trois chercheurs viennent de recevoir l’une des prestigieuses Synergy Grants de l’ERC (European Research Council) pour la recherche collaborative de pointe. Dans le cadre de ce projet, TalkingPhages, les chercheurs ont décrit un nouveau mécanisme de répression chez les phages de la famille SPbeta, dans lequel a été démontrée l'existence du mécanisme que les phages utilisent pour communiquer entre eux, appelé arbitrage.

Les phages ont deux cycles de vie : un cycle lytique, où le phage infecte une bactérie, l'utilise pour se multiplier puis la tue en la faisant exploser (appelée « lyse ») pour libérer de nouvelles particules virales ; et un autre lysogène, où le phage infecte une bactérie et y insère son ADN, en restant inactif, ce qui permet à son ADN d'être copié et transmis à la progéniture lorsque la bactérie se duplique (comme le font les virus de l'herpès ou de l'hépatite delta chez l'homme).

“Pour rester dans un état de repos, le phage doit réprimer les gènes lytiques”, explique Alberto Marina, professeur-chercheur CSIC à l'IBV. « Il le fait grâce à une protéine maître répresseur appelée CI, comme cela a été caractérisé pour le phage modèle Lambda. Fondamentalement, on supposait que tous les phages possédaient un système de contrôle de la lysogénie très similaire », explique Marina.

Dans la nouvelle étude, l'équipe de recherche, dirigée par Aisling Brady de l'Imperial College de Londres, a décrit un système entièrement nouveau et beaucoup plus complexe. Les phages de la famille SPbeta ne possèdent pas une seule protéine pour réprimer les gènes du cycle lytique, mais trois participent au processus, avec des structures différentes des CI déjà connues. « Le maître répresseur est une protéine avec une architecture de recombinase que nous avons appelée SroF, que le phage a adaptée pour réprimer les gènes lytiques », décrit le chercheur du CSIC. Étant des phages dotés d'un très grand génome, codant pour plus de 180 protéines, SroF crée des jonctions avec de multiples sites du génome, ce qui le différencie également du modèle lambda classique.

Recréation artistique de plusieurs virus attaquant une bactérie. (Illustration : Étonnants/NCYT)

Outils biotechnologiques

Mais ce n’est pas la seule nouveauté. « Il existe deux autres protéines qui participent également au processus de répression, appelées SroE et SroD, qui ont été recyclées par le phage pour cette fonction, comme l'indique leur structure. Cela démontre la capacité fascinante des phages à évoluer et à s’adapter », explique Elena Cabello, doctorante à l’IBV et co-auteur des travaux. De plus, ces phages présentent des répresseurs pour d'autres protéines beaucoup plus variables qui relient les répresseurs au système de communication arbitraire, intégrant le cycle de vie du phage avec les informations obtenues de l'environnement.

“En résumé, nous avons découvert un nouveau système de contrôle qui permet aux phages de réguler leur cycle de vie de manière complexe et d'intégrer la communication avec d'autres phages dans ce processus”, souligne Marina. Il s'agit d'une recherche fondamentale menée pour proposer le projet TalkingPhages. À l'avenir, ces nouvelles connaissances pourront ouvrir un nouveau champ de recherche pour développer des applications biotechnologiques et biomédicales, puisque connaître comment est régulé le cycle de vie des phages permettrait leur contrôle, obtenant de multiples applications lors de l'utilisation de ces éléments comme outils biotechnologiques ou biomédicaux.

L’étude s’intitule « Caractérisation d’un système de répression unique présent dans les phages arbitrium de la famille SPbeta ». Et cela a été publié dans la revue académique Cell Host & Microbe. (Source : Isidoro García / CSIC)