Comment les petites molécules d’ARN régulent les infections virales des bactéries

Les virus ont besoin d’hôtes. Qu’il s’agisse de la rougeole, de la grippe ou du coronavirus, les agents pathogènes viraux ne peuvent pas se multiplier ou infecter d’autres organismes sans l’aide de l’infrastructure cellulaire de leurs hôtes. Cependant, les humains ne sont pas les seuls à être touchés par les virus : les animaux, les plantes et même les micro-organismes peuvent tous servir d’hôtes.

Les virus qui utilisent des bactéries comme cellules hôtes sont appelés bactériophages (ou simplement « phages » en abrégé) et sont considérés comme les entités biologiques les plus abondantes de toutes. Tout comme le système immunitaire humain entre en action pour résister à une infection grippale ou à coronavirus, les bactéries ne permettent pas simplement aux phages d’infiltrer leur machinerie cellulaire sans combattre.

Une équipe de recherche de l’Université de Jena et de son pôle d’excellence « Balance of the Microverse » a examiné en détail l’interaction complexe des stratégies d’attaque et de défense lorsque les bactéries responsables du choléra (Vibrio cholerae) sont infectées par un bactériophage connu sous le nom de VP882. découvert que de minuscules molécules d’ARN jouent un rôle décisif. Les conclusions des chercheurs ont été publié dans le dernier numéro de la revue Hôte cellulaire et microbe.

De colocataire inoffensif à kidnappeur rusé

Les phages peuvent se multiplier de deux manières après avoir infecté une bactérie : soit en tant que passagers invisibles, cachés dans le matériel génétique de la bactérie, soit en tant que ravisseurs rusés, se multipliant en grand nombre dans les cellules bactériennes sans se soucier des pertes potentielles et, finalement, détruisant les cellules. La méthode qu’un phage adopte dépend de la disponibilité d’un nombre suffisant d’autres cellules hôtes dans l’environnement immédiat pour fournir un abri.

Mais comment les phages déterminent-ils cela ? « Ils s’appuient sur un mécanisme de comptage chimique que les bactéries utilisent pour identifier d’autres membres de leur espèce », explique le professeur Kai Papenfort de l’université d’Iéna, qui a dirigé le projet.

Connue sous le nom de « détection du quorum », cette méthode utilise des molécules signaux produites par les bactéries et libérées dans leur environnement. Parallèlement, les bactéries surveillent la concentration de ces molécules à l’aide de récepteurs spécifiques, obtenant ainsi des informations sur la taille de leur population actuelle.

« L’astuce des phages consiste essentiellement à » écouter « cette communication chimique entre les bactéries », explique Papenfort.

Dans leurs expériences, les chercheurs de Jena ont examiné ce qui arrive aux phages et aux bactéries une fois que celles-ci émettent leurs signaux de détection de quorum. « Nous avons observé que 99 % des bactéries sont détruites en 60 minutes, temps pendant lequel les phages prennent le contrôle », rapporte le Dr Marcel Sprenger, auteur principal de l’article.

L’équipe a découvert que ce changement est contrôlé par de minuscules molécules d’ARN, dont l’une est appelée « VpdS » (ARNs dérivé du phage VP882). « Dès que les phages reçoivent le signal chimique de la bactérie, cet ARN est produit en grande quantité », explique Sprenger.

Comment les bactéries luttent contre les virus

Afin de découvrir précisément quels gènes sont régulés par le VpdS, l’équipe a adopté une approche technologique globale et infecté des cultures bactériennes avec à la fois des phages VP882 et des phages génétiquement modifiés incapables de produire du VpdS.

En appliquant une méthode connue sous le nom d’« interaction d’ARN par ligature et séquençage », les chercheurs ont pu identifier les interactions entre toutes les molécules d’ARN dans les cultures bactériennes à différents moments. « Cela nous a non seulement donné un aperçu des gènes actifs, mais également comment ils interagissent », explique Papenfort.

Cette méthode a permis aux chercheurs d’examiner les gènes des phages ainsi que ceux des bactéries hôtes. En conséquence, les chercheurs ont acquis des connaissances approfondies sur les changements survenus pendant et après la détection du quorum. « Nous avons pu démontrer que VpdS régule les gènes du phage ainsi que les gènes de l’hôte, ce qui explique efficacement la destruction des cellules bactériennes », explique Papenfort.

Cependant, les chercheurs ont pu déduire d’autres relations à partir des données collectées. Par exemple, les bactéries possèdent également des gènes qui, lorsqu’ils sont activés par un signal chimique, luttent contre la propagation des phages et contrecarrent ainsi leur propre destruction.

Selon Papenfort, cet aspect est particulièrement intéressant. « Nous pouvons les considérer comme les précurseurs du système immunitaire des organismes supérieurs. Les bactéries possèdent de nombreux gènes qui les protègent contre les virus. » Étant donné que ces gènes sont également présents dans les organismes supérieurs, les chercheurs supposent que les molécules d’ARN pourraient également jouer un rôle important dans leur régulation.