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.

Cela vous intéressera aussi

[EN VIDÉO] Des bactériophages pour contrer les bactéries résistantes aux antibiotiques Les antibiotiques sont de moins en moins efficaces car les bactéries sont de plus en plus résistantes. L’Institut Pasteur travaille donc au quotidien sur des solutions dont l'une utilise les bactériophages, des virus n'infectant que les bactéries. Laurent Debarbieux, responsable du groupe Interactions bactériophages-bactéries chez l’animal, nous en parle plus en détail durant cette interview.

Il possède 735.000 paires de bases ADNADN, soit un génomegénome 15 fois plus grand qu'un phage moyen, bien plus que celui de nombreuses bactériesbactéries. 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.

Le saviez-vous ?

Il existe des virus encore plus gros : Pandoravirus salinus est, par exemple, doté d’un génome de 2,8 millions de paires de bases codant pour plus de 2.500 protéines. Mais ces virus géants infectent habituellement des amibes, des organismes équipés eux-mêmes de génomes de centaines de milliards de paires. Les phages géants, eux, s’attaquent à des bactéries dotées de quelques millions de paires de bases ADN, soit un hôte à peine plus gros qu’eux.

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
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 Nature. Il semble qu'il existe des hybrideshybrides entre ce que nous considérons comme des virusvirus traditionnels et des organismes vivants traditionnels ». Plusieurs de ces nouveaux phages contiennent ainsi des séquences codant pour le transfert et la fabrication d'ARNARN, des fonctions normalement assurées par la bactérie elle-même. Ces gènesgènes sont d'ailleurs similaires à ceux que l'on trouve dans certaines petites bactéries parasitesparasites 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 génétiquegénétique. Or, ces protéines sont justement utilisées par certaines archéesarchées et bactéries pour se défendre... contre les phages. Les chercheurs pensent que les phages injectent cette séquence CRISPRCRISPR 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 amibesamibes 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 antibiotiquesantibiotiques. « 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., <em>Nature</em>, 2020
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 cladesclades distincts, des familles phylogénétiquesphylogénétiques 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 virus bactériophages géants dans le microbiote intestinal

Article de Marie-Céline RayMarie-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 bactériophagesbactériophages, ou phages. Des chercheurs ont identifié dans le microbiotemicrobiote intestinal de chasseurs-cueilleurschasseurs-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 écosystèmesécosystèmes microbiens. Les phages lytiques sont d'ailleurs utilisés pour lutter contre des infections bactériennes, grâce à la phagothérapiephagothérapie.

Voir aussi

Phagothérapie : deux patients guéris grâce à des virus

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-organismesmicro-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 résistancerésistance aux antibiotiques. » Par exemple, des gènes provenant de phages peuvent coder pour des toxinestoxines 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 kilobaseskilobases, 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 génétiquecode génétique alternatif ».

Les bactéries <em>Prevotella</em> se trouvent dans les microbiotes de personnes qui ont une alimentation riche en fibres. © Kateryna_Kon, Fotolia
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 capsidecapside, 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 sucressucres. 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 espèceespèce 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.