Les phages sont des virus qui infectent les bactéries. © Design Cells, Fotolia

Santé

De gigantesques phages plus gros que des bactéries

ActualitéClassé sous :maladie , bactériophage , virus géant

Des chercheurs viennent d'identifier des centaines de phages, ces virus mangeurs de bactéries, dotés d'un gigantesque génome presque aussi grand que celui des hôtes auxquels ils s'attaquent. Avec des gènes contenant d'étranges séquences, dont certaines codant pour la fameuse protéine Cas, utilisée comme outil d'édition génétique.

Il possède 735.000 paires de bases ADN, soit un génome 15 fois plus grand qu'un phage moyen, bien plus que celui de nombreuses bactéries. Par comparaison, le virus de la grippe influenza possède environ 13.000 paires de bases ADN. Ce virus géant, le plus gros phage jamais identifié, fait partie des centaines de gigantesques phages découverts par les chercheurs de l'université de Berkeley (Californie) et décrits dans la revue Nature. En décembre 2019, ces derniers avaient déjà trouvé des phages géants dans l'intestin d'habitants du Bangladesh (Lire ci-dessous). Cette fois-ci, Jill Banfield et ses collègues ont passé au crible l'ADN provenant d'échantillons issus de 30 milieux différents (intestins de prématurés et de femmes enceintes, source chaude, chambres d'hôpital, lacs et nappes souterraines...). Au total, ils ont identifié 351 énormes phages dont le génome est quatre fois supérieur à celui d'un phage moyen.

Un phage géant (A9) ainsi que d’autres phages introduisent leur matériel génétique dans la bactérie afin que celle-ci le duplique. Le phage géant injecte des séquences de protéines Cas qui vont être utilisées par la bactérie pour éliminer les virus concurrents. © Jill Banfield, UC Berkeley

À la frontière entre le vivant et le non vivant

« Ces énormes phages remettent en question la frontière entre le vivant et le non vivant, explique Jill Banfield, professeure à l'université de Berkeley et auteure principale de l'article publié le 12 février dans la revue NatureIl semble qu'il existe des hybrides entre ce que nous considérons comme des virus traditionnels et des organismes vivants traditionnels ». Plusieurs de ces nouveaux phages contiennent ainsi des séquences codant pour le transfert et la fabrication d'ARN, des fonctions normalement assurées par la bactérie elle-même. Ces gènes sont d'ailleurs similaires à ceux que l'on trouve dans certaines petites bactéries parasites symbiotiques ou parasites.

Autre découverte étonnante : certains de ces virus possèdent des gènes de variantes de protéines Cas, utilisées en association avec les séquences CRISPR par les scientifiques pour l'édition génétique. Or, ces protéines sont justement utilisées par certaines archées et bactéries pour se défendre... contre les phages. Les chercheurs pensent que les phages injectent cette séquence CRISPR dans la bactérie afin que celle-ci la multiplie. Objectif : tuer des virus concurrents qui s'attaquent aux mêmes bactéries. Ces systèmes sont autant de nouveaux outils potentiels pour l'édition génétique, s'enthousiasment les chercheurs.

Des virus dangereux pour la santé humaine ?

Cependant, ces phages pourraient aussi présenter un risque pour la santé. Alors que les virus géants des amibes sont inoffensifs pour les humains, les phages présents dans l'intestin sont connus pour influencer le microbiome et déclencher des maladies. Ils pourraient aussi transférer des gènes aux bactéries, les rendant plus virulentes ou plus résistantes aux antibiotiques. « Plus le génome est grand, plus la probabilité qu'il transmette des gènes indésirables aux bactéries est élevée », prévient Jill Banfield.

Les nouveaux phages ont été répartis en 10 clades, selon la taille de leur génome, leur hôte ou leur environnement. © Al-Shayeb, Sachdeva, Chen et al., Nature, 2020

Les chercheurs ont classé ces phages géants dans 10 clades distincts, des familles phylogénétiques basées sur les caractéristiques du génome, et nommés chacun avec un nom signifiant « énorme » dans la langue maternelle d'un coauteur (Enormephage, Whopperphage, Kabirphage, Mahaphage...). Mais d''où viennent ces phages géants ? Sont-ils le fruit d'une évolution récente, formés à partir de virus « normaux » ayant grossi, ou bien leur patrimoine génétique est-il une structure permanente répondant à une stratégie adaptative à leur milieu ? Le mystère demeure d'autant plus grand que de nombreux gènes n'ont pas de fonction encore identifiée.

  • Des centaines des phages géants ont été identifiés dans différents environnements, dotés d’un génome de plus de 200.000 paires de bases ADN.
  • Ces phages contiennent des séquences génétiques inhabituelles, codant pour des mécanismes de réplication ou des protéines Cas.
  • Ils pourraient servir à développer de nouveaux outils génétiques, mais présentent aussi un danger potentiel pour la santé humaine en raison de leur capacité à transmettre des gènes aux bactéries.
Pour en savoir plus

Des virus bactériophages géants dans le microbiote intestinal

Article de Marie-Céline Ray publié le 31/01/2019

Les bactéries, tout comme les cellules animales et végétales, sont attaquées par des virus : ces virus mangeurs de bactéries sont appelés bactériophages, ou phages. Des chercheurs ont identifié dans le microbiote intestinal de chasseurs-cueilleurs des phages au génome particulièrement grand.

Les phages sont des virus qui s'attaquent aux bactéries. Ils se trouvent partout où les bactéries sont présentes : dans l'environnement, mais aussi dans notre microbiote intestinal. Certains phages, dits lytiques, détruisent complètement leur bactérie cible. Ces prédateurs naturels des bactéries participent à l'équilibre des écosystèmes microbiens. Les phages lytiques sont d'ailleurs utilisés pour lutter contre des infections bactériennes, grâce à la phagothérapie.

Il existe aussi des phages qui insèrent leurs gènes dans le génome des bactéries qu'ils infectent : ces phages dits « tempérés » permettent le transfert horizontal de gènes et donc l'évolution des micro-organismes. Ils apportent parfois aux bactéries de nouvelles propriétés, comme l'explique Jill Banfield, professeur à l'université de Californie à Berkeley : « Les phages sont bien connus pour porter des gènes responsables de maladies et des gènes codant pour la résistance aux antibiotiques. » Par exemple, des gènes provenant de phages peuvent coder pour des toxines qui aggravent certaines infections bactériennes.

Mais le monde des phages reste encore très méconnu... Dans un article paru dans Nature Microbiology, l'équipe de Jill Banfield décrit de gros virus bactériophages, des « mégaphages », trouvés dans l'intestin humain. Pour ce travail, les chercheurs ont séquencé des bactéries intestinales d'habitants du Bangladesh.

En reconstituant le génome de ces phages géants, les chercheurs se sont aperçus qu'ils faisaient plus de 540 kilobases, c'est-à-dire qu'ils étaient dix fois plus gros que la moyenne des phages. En 2016, on comptait 93 phages avec un génome supérieur à 200 kilobases et aucun à plus de 500 kilobases. Les auteurs notent aussi que ces « génomes présentent plusieurs caractéristiques intéressantes, notamment l'utilisation d'un code génétique alternatif ».

Les bactéries Prevotella se trouvent dans les microbiotes de personnes qui ont une alimentation riche en fibres. © Kateryna_Kon, Fotolia

Les plus gros phages connus dans le microbiote intestinal humain

L'enveloppe des mégaphages, la capside, devait vraisemblablement mesurer 200 à 300 nm de diamètre, ce qui s'approche de la taille de certaines petites bactéries. Les phages, comme les virus en général, se trouvent à la frontière du monde vivant. Mais les virus géants s'approchent de la taille des cellules du monde « vivant » : « Ces énormes entités comblent le fossé entre ce que nous considérons comme non-vie et vie. » Les mégaphages trouvés dans cette étude ont été appelés phages Lak, en référence à la région du Bangladesh où ils ont été trouvés, le Laksham.

Les chercheurs ont trouvé des fragments de gènes de ces mégaphages dans des bactéries Prevotella, qui seraient donc les bactéries cibles de ces phages. Or, Prevotella est rare dans le microbiote intestinal des personnes qui ont un régime de type occidental, riche en viandes, graisses et sucres. Les mégaphages étaient aussi présents dans le microbiote intestinal de chasseurs-cueilleurs de la tribu Hadza en Tanzanie. Les chercheurs les ont aussi trouvés chez des animaux : des babouins étudiés au Kenya et des cochons élevés au Danemark. On peut donc penser que ces phages peuvent passer d'une espèce animale à une autre.

La bactérie Prevotella est associée à des infections respiratoires et à la maladie parodontale, ce qui suggère que l'étude des mégaphages pourrait aider à trouver des traitements contre ces infections. La découverte de ces phages ouvre aussi la possibilité d'identifier de nouveaux gènes et de nouvelles protéines aux fonctions encore inconnues.

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