Des études avancées révèlent que les phages, lorsqu'ils infectent des bactéries au niveau cellulaire, peuvent obstruer l'entrée des autres, soulignant la dynamique complexe de l'infection bactérienne et l'impact potentiel sur la recherche en biotechnologie.
Des recherches récentes sur les phages (bactéries infectant les virus) révèlent que le nombre et les interactions des phages au cours de l'infection ont un impact sur leur pénétration dans les cellules hôtes, sous l'influence de l'électrophysiologie de la cellule. Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour comprendre le comportement des phages et ses implications pour la biotechnologie.
Les chercheurs étudient depuis plus de 50 ans le processus par lequel les phages (virus qui infectent et se répliquent dans les bactéries) pénètrent dans les cellules. Dans une nouvelle étude, des scientifiques de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign et de l’Université Texas A&M ont utilisé des techniques de pointe pour examiner ce processus au niveau de la cellule unique.
« Le domaine de la biologie des phages a connu une explosion au cours de la dernière décennie, car de plus en plus de chercheurs prennent conscience de l’importance des phages dans l’écologie, l’évolution et la biotechnologie », a déclaré Ido Golding (CAIM/IGOH), professeur de physique. « Ce travail est unique car nous avons étudié l’infection par les phages au niveau des cellules bactériennes individuelles. »
Comprendre l'infection par les phages
Le processus d'infection par les phages implique la fixation de virus Le virus pénètre ensuite dans la cellule et injecte son matériel génétique. Après avoir pénétré dans la cellule, le phage peut soit forcer la cellule à produire davantage de phages et éventuellement exploser, un processus appelé lyse cellulaire, soit intégrer son génome dans celui de la bactérie et rester dormant, un processus appelé lysogénie. Le résultat dépend du nombre de phages qui infectent simultanément la cellule. Un seul phage provoque la lyse, tandis que l'infection par plusieurs phages entraîne la lysogénie.
Le premier auteur, Thu Vu Phuc Nguyen (à gauche), et Ido Golding ont étudié la manière dont les phages coinfectés peuvent entraver l'entrée de l'autre dans une cellule. Crédit : Fred Zwicky
Dans l’étude actuelle, les chercheurs voulaient savoir si le nombre de phages infectieux qui se lient à la surface bactérienne correspond à la quantité de matériel génétique viral injecté dans la cellule. Pour ce faire, ils ont marqué par fluorescence à la fois la coque protéique des phages et le matériel génétique à l’intérieur. Ils ont ensuite fait pousser Escherichia coliont utilisé différentes concentrations de phages infectieux et ont suivi combien d'entre eux étaient capables d'injecter leur matériel génétique dans Escherichia coli.
« Nous savons depuis les années 70 que lorsque plusieurs phages infectent la même cellule, cela affecte l’issue de l’infection. Dans cette étude, nous avons pu prendre des mesures précises, contrairement à toutes les études réalisées jusqu’à présent », a déclaré Golding.
Défis liés à l'entrée des phages
Les chercheurs ont été surpris de constater que l'entrée du matériel génétique d'un phage pouvait être entravée par les autres phages co-infectants. Ils ont constaté que lorsqu'il y avait plus de phages attachés à la surface de la cellule, relativement moins d'entre eux étaient capables d'entrer.
« Nos données montrent que la première étape de l’infection, l’entrée des phages, est une étape importante qui était jusqu’alors sous-estimée », a déclaré Golding. « Nous avons découvert que les phages coinfectants empêchaient l’entrée de l’autre en perturbant l’électrophysiologie de la cellule. »
La couche la plus externe des bactéries est constamment confrontée au mouvement d’électrons et d’ions qui sont essentiels à la production d’énergie et à la transmission de signaux à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule. Au cours de la dernière décennie, les chercheurs ont commencé à prendre conscience de l’importance de cette électrophysiologie dans d’autres phénomènes bactériens, notamment la résistance aux antibiotiques. Cet article ouvre une nouvelle voie pour la recherche en électrophysiologie bactérienne : son rôle dans la biologie des phages.
« En influençant le nombre de phages qui pénètrent réellement dans le milieu, ces perturbations affectent le choix entre la lyse et la lysogénie. Notre étude montre également que l’entrée peut être influencée par des conditions environnementales telles que la concentration de divers ions », a déclaré Golding.
L’équipe souhaite améliorer ses techniques pour mieux comprendre les fondements moléculaires de l’entrée des phages.
« Même si la résolution de nos techniques était bonne, ce qui se passait au niveau moléculaire nous était encore largement invisible », a déclaré Golding. « Nous envisageons d’utiliser le système Minflux à l’Institut Carl R. Woese de biologie génomique. L’objectif est d’examiner le même processus mais d’appliquer une meilleure méthode expérimentale. Nous espérons que cela nous aidera à découvrir de nouvelles méthodes biologiques. »
Le travail a été soutenu par le Instituts nationaux de la santéla National Science Foundation et la Fondation Alfred P. Sloan.
