Les bactériophages sont des virus qui infectent les bactéries et jouent un rôle potentiel dans l’évolution de la vie.
Les virus ont mauvaise réputation. Ils sont responsables de la COVID-19[feminine pandémie et une longue liste de maladies qui ont tourmenté l’humanité depuis des temps immémoriaux. Y a-t-il quelque chose à célébrer à leur sujet ?
De nombreux des biologistes comme moi pense qu’il existe, au moins pour un type spécifique de virus, à savoir, bactériophages, ou des virus qui infectent les bactéries. Quand le ADN de ces virus est capturé par une cellule, il peut contenir des instructions qui permettent à cette cellule d’effectuer de nouveaux tours.
Le puissant pouvoir des virus bactériens
Les bactériophages, ou phages en abrégé, contrôlent les populations bactériennes, à la fois sur terre et en mer. Ils tuent jusqu’à 40 % des bactéries des océans chaque jour, aidant à contrôler blooms bactériens et redistribution de la matière organique.
Les bactériophages sont des virus qui tuent des types spécifiques de bactéries.
Leur capacité à tuer sélectivement les bactéries enthousiasme également les médecins. Les phages naturels et modifiés ont été utilisé avec succès pour traiter les infections bactériennes qui ne répondent pas aux antibiotiques. Ce processus, connu sous le nom phagothérapie, pourrait aider à combattre résistance aux antibiotiques.
Recherche récente souligne une autre fonction importante des phages : ils peuvent être les bricoleurs génétiques ultimes de la nature, créant de nouveaux gènes que les cellules peuvent réoutiller pour acquérir de nouvelles fonctions.
Les caspides bactériophages peuvent contenir un ADN supplémentaire que le virus peut bricoler.
Les phages sont la forme de vie la plus abondante sur la planète, avec un nonillion – c’est un 1 avec 31 zéros après lui – d’entre eux flottant autour du monde à n’importe quel moment. Comme tous les virus, les phages ont également taux de réplication et de mutation élevés, ce qui signifie qu’ils forment de nombreuses variantes avec des caractéristiques différentes à chaque fois qu’ils se reproduisent.
La plupart des phages ont un coque rigide appelée capside qui est rempli de leur matériel génétique. Dans de nombreux cas, la coquille a plus d’espace que le phage n’en a besoin pour stocker l’ADN essentiel à sa réplication. Cela signifie que les phages ont de la place pour transporter un bagage génétique supplémentaire : des gènes qui ne sont pas réellement nécessaires à la survie du phage qu’il peut modifier à volonté.
Comment les bactéries ont réorganisé un commutateur viral
Pour voir comment cela se passe, examinons de plus près le cycle de vie du phage.
Les phages se présentent sous deux saveurs principales : tempérée et virulente. Phages virulents, comme beaucoup d’autres virus, fonctionnent sur un programme d’envahissement-réplication-élimination. Ils pénètrent dans la cellule, détournent ses composants, se copient et éclatent.
Phages tempérés, d’autre part, jouez le jeu long. Ils fusionnent leur ADN avec celui de la cellule et peuvent rester en sommeil pendant des années jusqu’à ce que quelque chose déclenche leur activation. Puis ils reviennent à un comportement virulent : se répliquer et éclater.
De nombreux phages tempérés utilisent les dommages à l’ADN comme déclencheur. C’est une sorte de signal “Houston, nous avons un problème”. Si l’ADN de la cellule est endommagé, cela signifie que l’ADN du phage résident est susceptible d’aller ensuite, alors le phage décide judicieusement de quitter le navire. Les gènes qui dirigent les phages à se répliquer et à éclater sont désactivés à moins que des dommages à l’ADN ne soient détectés.
Les phages virulents suivent le cycle lytique de la reproduction virale, détruisant leurs hôtes dès qu’ils achèvent la réplication. Les phages tempérés, quant à eux, suivent le cycle lysogène et restent en sommeil dans l’ADN de leur hôte jusqu’à ce qu’ils soient déclenchés pour éclater. Crédit : CNX OpenStax/Wikimedia Commons
Les bactéries ont réorganisé les mécanismes contrôlant ce cycle de vie pour générer un système génétique complexe que mes collaborateurs et moi avons été étudier depuis plus de deux décennies.
Les cellules bactériennes sont également intéressées à savoir si leur ADN est détruit. Si c’est le cas, ils activent un ensemble de gènes qui tentent de réparer l’ADN. Ceci est connu comme le réponse SOS bactérienne car, s’il échoue, la cellule est grillée. Les bactéries orchestrent la réponse SOS à l’aide d’une protéine de type interrupteur qui réagit aux dommages à l’ADN : elle s’active s’il y a des dommages et reste éteinte s’il n’y en a pas.
Il n’est peut-être pas surprenant que les commutateurs bactériens et phagiques soient liés à l’évolution. Cela soulève la question : qui a inventé le commutateur, les bactéries ou les virus ?
Nos recherches antérieures et travaux d’autres chercheurs indique que les phages y sont arrivés en premier. Dans notre rapport récent, nous avons découvert que la réponse SOS de Bacteroidetes, un groupe de bactéries qui comprennent jusqu’à la moitié des bactéries vivant dans votre intestin, est sous le contrôle d’un commutateur de phage qui a été réorganisé pour mettre en œuvre les propres programmes génétiques complexes de la bactérie. Cela suggère que les commutateurs SOS bactériens sont en fait des commutateurs de phage qui ont été rééquipés il y a des éons.
Lorsqu’un phage tempéré infecte une cellule bactérienne et intègre son génome à l’ADN de la cellule, il reste généralement en sommeil jusqu’à ce qu’il soit déclenché pour sortir de la cellule. Mais une fois que l’ADN du phage fait partie de celui de la bactérie, des mutations peuvent perturber le matériel génétique du phage et le rendre inactif. Cela signifie que lorsque l’ADN est endommagé, le phage ne pourra pas se reformer et éclater. Au fil du temps, la bactérie peut adapter le commutateur du phage pour contrôler ses propres gènes de réponse SOS. Crédit : Miquel Sánchez-Osuna/Créé avec BioRender.com
Ce ne sont pas seulement les commutateurs bactériens qui semblent être des inventions de phages. Un beau travail de détective a montré qu’un gène bactérien nécessaire à la division cellulaire est également apparu à travers « domestication » d’un gène de toxine phagique. Et de nombreux systèmes d’attaque bactérienne, tels que toxines et le armes génétiques utilisé pour les injecter dans les cellules, ainsi que les camouflage ils utilisent pour échapper au système immunitaire, sont connus ou suspectés d’avoir des origines phagiques.
L’avantage des virus
OK, vous pensez peut-être, les phages sont géniaux, mais les virus qui nous infectent ne sont certainement pas cool. Pourtant, il existe de plus en plus de preuves que les virus qui infectent les plantes et les animaux sont également une source majeure d’innovation génétique dans ces organismes. Il a été démontré, par exemple, que les gènes viraux domestiqués jouent un rôle clé dans la l’évolution des placentas des mammifères et en gardant la peau humaine humide.
Des preuves récentes suggèrent que même les noyau d’une cellule, qui abrite l’ADN, pourrait également avoir été une invention virale. Les chercheurs ont également émis l’hypothèse que les ancêtres des virus d’aujourd’hui pourraient avoir été les pionniers l’utilisation de l’ADN comme molécule primaire pour la vie. Pas un petit exploit.
Ainsi, même si vous êtes peut-être habitué à considérer les virus comme les méchants par excellence, ils sont sans doute les moteurs de la nature pour l’innovation génétique. Les humains sont probablement ici aujourd’hui à cause d’eux.
Écrit par Ivan Erill, professeur agrégé de sciences biologiques, Université du Maryland, comté de Baltimore.
Publié à l’origine le La conversation.
