Comprendre les différences entre cycle lytique et cycle lysogénique

Les bactériophages (phages) sont des virus intracellulaires obligatoires qui infectent spécifiquement les bactéries. Certains ont une action lytique, d'autres ont une action lysogénique, une lyse à chaque fois. Toutefois, il existe bien des différences entre un cycle lytique et un cycle lysogénique.

Ils ont été découverts indépendamment par deux chercheurs, Frederick William Twort 1 à l'Université de Londres en 1915 et Félix d'Herelle 2 qui ont confirmé la découverte et ont inventé le terme bactériophage en 1917 et ont fait l'objet de nombreuses études depuis.

Les bactériophages provoquent des lyses, avec des natures lytiques ou lysogéniques.

Structure des bactériophages

Le phage a une structure très simple. Leur matériel génétique est contenu dans une tête en forme de prisme, entourée d'une capside protéique. Ceci est relié à la gaine allongée (parfois appelée la queue) par une région du cou ou du collier.

La gaine forme un tube creux à travers lequel l'ADN/ARN viral est injecté dans la cellule hôte et est entouré de protéines de gaine protectrice. Au bas de la gaine se trouve la plaque de base à laquelle les fibres de la queue (normalement six) qui facilitent la fixation à la cellule hôte sont fixées.

Pour se reproduire, le phage doit d'abord entrer dans la cellule hôte. Ils se lient à des récepteurs spécifiques à la surface des cellules bactériennes avec leurs fibres de queue (adsorption) et créent un trou, un processus qui, avec l'attachement, est coordonné par la plaque de base 3. Un tube rigide est propulsé hors de la gaine, perforant un trou dans la membrane cellulaire bactérienne à travers lequel ils injectent leur matériel génétique (ADN ou ARN, double ou simple brin).

Ils peuvent ensuite détourner la machinerie cellulaire de la cellule hôte pour leur propre réplication si les conditions environnantes sont défavorables dans un processus appelé cycle lytique. Alternativement, ils peuvent entrer dans un état dormant, connu sous le nom de cycle lysogénique, au sein de la cellule hôte si les conditions sont favorables.

✅ Pour poursuivre, on se référera aux explications sur ⭐ les cycles lytiques et ⭐ les cycles phylogéniques.

Transition du lysogène au lytique

Si une bactérie contenant du prophage est exposée à des facteurs de stress, tels que la lumière UV, des conditions de faibles nutriments ou des produits chimiques comme la mitomycine C, le prophage peut spontanément s'extraire du génome hôte et entrer dans le cycle lytique dans un processus appelé induction.

Ce processus, cependant, n'est pas parfait et le prophage peut parfois laisser des portions de son ADN derrière lui ou emporter avec lui des portions d'ADN hôte lorsqu'il se recircularise. S'ils infectent ensuite une nouvelle cellule hôte, ils peuvent transporter des gènes bactériens d'une souche à une autre dans un processus appelé transduction. Il s'agit d'une méthode par laquelle les gènes de résistance aux antibiotiques, les gènes codant pour les toxines et les superantigènes et d'autres caractères de virulence peuvent se propager à travers une population bactérienne.

Des travaux récents ont montré que la transition entre une infection lytique et une infection lysogène dépend également de l'abondance de phages dans une zone car ils sont capables de produire et de détecter de petits peptides dans un processus similaire à la détection du quorum.

Immunité bactérienne à l'infection phagique

Toutes les bactéries ne sont pas impuissantes contre les attaques de phages, possédant un "système immunitaire" qui leur permet de riposter. CRISPR-Cas, désormais synonyme de modification génétique, a d'abord été proposé comme "système immunitaire adaptatif" bactérien par Francisco Mojica 5 et indépendamment par un groupe de l'Université Paris-Sud 6 en 2005.

Le locus CRISPR est un ensemble de courts séquences séparées par des entretoises avec des séquences uniques. Ces séquences d'espacement se sont avérées avoir une homologie avec l'ADN viral et plasmidique, y compris le phage. Lorsqu'il est attaqué par un phage non rencontré auparavant, de nouveaux espaceurs sont ajoutés d'un côté du CRISPR, faisant du CRISPR un enregistrement chronologique du phage que la cellule et ses ancêtres ont rencontré. En réponse à l'invasion des phages, les séquences CRISPR sont transcrites et, en partenariat avec les protéines Cas, ciblent et détruisent les séquences phagiques homologues aux séquences espaceurs.

La lysogénisation (ou la lysogénie) des bactériophages et les prophages peuvent être bénéfiques pour les bactéries.

Le phage comme outil de biologie génétique et moléculaire

Le phage Lambda, à l'origine isolé d'Escherichia coli, est l'un des phages les mieux étudiés et a constitué la base de nombreux outils génétiques. Il a même été dit que l'utilisation du phage comme outil a finalement conduit au développement de la biologie moléculaire en tant que discipline. Dans les années 1950, la capacité du phage à se recombiner avec l'ADN hôte a d'abord été exploitée pour manipuler les génomes des espèces de salmonelles Salmonella et le processus de transduction est donc né.

Depuis lors, il a été utilisé comme véhicule pour déplacer du matériel génétique entre de nombreux organismes, y compris des manipulations de gènes fongiques 9 et même des gènes humains. C'est grâce à l'humble phage que l'insuline humaine a d'abord été produite en toute sécurité et à moindre coût. Il a également ouvert des applications dans le criblage à haut débit de clones, le développement de nanomatériaux, le traitement antibactérien pour les produits alimentaires, comme outil de diagnostic et systèmes de découverte et d'administration de médicaments.

Le phage ϕX174 est devenu un pionnier involontaire en 1977 lorsqu'il a été le premier organisme à avoir déterminé sa séquence nucléotidique entière grâce à Fred Sanger et ses collègues.

Thérapie phagique

Avant la découverte d'antibiotiques par Alexander Fleming en 1928, les phages étaient explorés comme méthode de traitement des infections bactériennes. À l'ère post-antibiotique, l'activité pratique à large spectre du traitement antibiotique signifiait que, dans la plupart des organisations, les recherches sur la thérapie par phages étaient abandonnées.

Cependant, dans de nombreuses anciennes nations soviétiques où il y avait un manque d'antibiotiques occidentaux, la recherche sur les thérapies par phages s'est poursuivie par nécessité. Avec les problèmes mondiaux croissants de résistance aux antibiotiques, il y a eu une résurgence dans le domaine de la thérapie par phage ces dernières années.

Alors que les phages sont capables d'infecter et de détruire les bactéries et ont été utilisés avec succès pour traiter une infection mortelle, leur spécificité d'espèce et même de souche et le potentiel d'immunité préexistante de certaines bactéries signifient que le ciblage d'un traitement par phage n'est actuellement pas un processus trivial et doit être adapté à l'infection individuelle. Cela le rend coûteux et long. Par conséquent, il s'agit actuellement d'un dernier recours et il reste encore beaucoup de travail à accomplir dans ce domaine.