Le processus par lequel les phages (virus qui infectent et se répliquent dans les bactéries) pénètrent dans les cellules est étudié depuis plus de 50 ans. Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign et de l’Université Texas A&M ont utilisé des techniques de pointe pour étudier ce processus au niveau d’une seule cellule.
« 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. »
Le processus d’infection par un phage implique la fixation du virus à la surface d’une bactérie. Ensuite, le virus injecte son matériel génétique dans la cellule. Après être entré, un phage peut soit forcer la cellule à produire plus 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.
Dans l’étude actuelle, les chercheurs ont voulu savoir si le nombre de phages infectieux qui se lient à la surface bactérienne correspond à la quantité de matériel génétique viral injectée dans la cellule. Pour ce faire, ils ont marqué par fluorescence à la fois la coque protéique des phages et le matériel génétique qu’ils contiennent. Ils ont ensuite cultivé des Escherichia coli, utilisé différentes concentrations de phages infectieux et suivi le nombre d’entre eux capables d’injecter leur matériel génétique dans E. 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.
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 co-infectés 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, ces perturbations affectent le choix entre la lyse et la lysogénie. Notre étude montre également que l’entrée peut être affectée 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 en appliquant une meilleure méthode expérimentale. Nous espérons que cela nous aidera à découvrir de nouvelles méthodes biologiques. »
L’étude « Les phages coinfectés empêchent l’entrée de l’autre dans la cellule » a été publié dans Biologie actuelle.
Plus d’information:
Thu Vu Phuc Nguyen et al, Les phages coinfectants empêchent l’entrée de l’autre dans la cellule, Biologie actuelle (2024). DOI : 10.1016/j.cub.2024.05.032