Les phages peuvent détecter les dommages bactériens à l'ADN, ce qui les pousse à se répliquer et à quitter le navire. Concevoir des cellules/iStock via Getty Images Plus
Après plus de deux ans de pandémie de COVID-19, vous pourriez imaginer un virus comme une méchante boule à pointes – un tueur stupide qui pénètre dans une cellule et détourne ses machines pour créer un million de copies de lui-même avant d'éclater. Pour de nombreux virus, y compris le coronavirus qui cause le COVID-19, l'épithète de "tueur aveugle" est essentiellement vraie.
Mais il y a plus dans la biologie des virus qu'il n'y paraît.
Prenez le VIH, le virus qui cause SIDA. Le VIH est un rétrovirus qui ne se lance pas directement dans une tuerie lorsqu'il entre dans une cellule. Au lieu de cela, il s'intègre dans vos chromosomes et vos frissons, attendant le bon moment pour ordonner à la cellule d'en faire des copies et d'éclater pour infecter d'autres cellules immunitaires et éventuellement causer le SIDA.
Le moment exact qu'attend le VIH est encore un domaine d'étude actif. Mais la recherche sur d'autres virus a longtemps laissé entendre que ces agents pathogènes peuvent être assez "réfléchis" à tuer. Bien sûr, les virus ne peuvent pas penser comme vous et moi. Mais, il s'avère que l'évolution les a dotés de mécanismes de prise de décision assez élaborés. Certains virus, par exemple, choisiront de quitter la cellule dans laquelle ils résidaient s'ils détectent des dommages à l'ADN. Même les virus, semble-t-il, n'aiment pas rester dans un navire qui coule.
My laboratoire étudie la biologie moléculaire de bactériophages, ou phages en abrégé, les virus qui infectent les bactéries, depuis plus de deux décennies. Récemment, mes collègues et moi ont montré que les phages peuvent écouter les signaux cellulaires clés pour les aider dans leur prise de décision. Pire encore, ils peuvent utiliser les propres « oreilles » de la cellule pour écouter à leur place.
Échapper aux dommages de l'ADN
Si l'ennemi de votre ennemi est votre ami, les phages sont certainement vos amis. Phages contrôler les populations bactériennes dans la nature, et les cliniciens les utilisent de plus en plus pour traiter les infections bactériennes qui ne répondent pas aux antibiotiques.
Le phage le mieux étudié, lambda, fonctionne un peu comme le VIH. En entrant dans la cellule bactérienne, lambda décide de se répliquer et de tuer la cellule, comme le font la plupart des virus, ou de s'intégrer dans le chromosome de la cellule, comme le fait le VIH. Dans ce dernier cas, lambda se réplique sans danger avec son hôte chaque fois que la bactérie se divise.
Cette vidéo montre un phage lambda infectant E. coli.
Mais, comme le VIH, lambda ne se contente pas de rester inactif. Il utilise une protéine spéciale appelée CI comme un stéthoscope pour écouter les signes de dommages à l'ADN dans la cellule bactérienne. Si l'ADN de la bactérie est compromis, c'est une mauvaise nouvelle pour le phage lambda qui y est niché. L'ADN endommagé mène directement à la décharge de l'évolution car il est inutile pour le phage qui en a besoin pour se reproduire. Ainsi, lambda active ses gènes de réplication, se copie et sort de la cellule pour rechercher d'autres cellules non endommagées à infecter.
Exploiter le système de communication de la cellule
Certains phages, au lieu de collecter des informations avec leurs propres protéines, exploitent le propre capteur de dommages à l'ADN de la cellule infectée : LexA.
Les protéines comme CI et LexA sont facteurs de transcription qui activent et désactivent les gènes en se liant à des modèles génétiques spécifiques dans le livre d'instructions de l'ADN qu'est le chromosome. Certains phages comme le Coliphage 186 ont compris qu'ils n'avaient pas besoin de leur propre protéine virale CI s'ils avaient une courte séquence d'ADN dans leurs chromosomes à laquelle la LexA bactérienne peut se lier. Lors de la détection de dommages à l'ADN, LexA activera les gènes de réplication et de destruction du phage, croisant essentiellement la cellule en se suicidant tout en permettant au phage de s'échapper.
Les scientifiques ont signalé pour la première fois le rôle de CI dans la prise de décision concernant les phages dans les 1980 et le tour de contre-espionnage de Coliphage 186 à la fin des années 1990. Depuis lors, il y a eu quelques autres rapports de phages exploitant les systèmes de communication bactériens. Un exemple est phages phi29, qui exploite le facteur de transcription de son hôte pour détecter le moment où la bactérie s'apprête à générer une spore, ou une sorte d'œuf bactérien capable de survivre à des environnements extrêmes. Phi29 demande à la cellule de conditionner son ADN dans la spore, tuant les bactéries en herbe une fois que la spore a germé.
Les facteurs de transcription activent et désactivent les gènes.
Dans notre recherche récemment publiée, mes collègues et moi montrons que plusieurs groupes de phages ont indépendamment développé la capacité de puiser dans un autre système de communication bactérien : la protéine CtrA. CtrA intègre de multiples signaux internes et externes pour déclencher différents processus de développement chez les bactéries. Parmi celles-ci, la production d'appendices bactériens appelés flagelles et pili. Il s'avère que ces phages se fixent sur les pili et les flagelles des bactéries afin de les infecter.
Notre hypothèse principale est que les phages utilisent CtrA pour estimer quand il y aura suffisamment de bactéries à proximité portant des pili et des flagelles qu'ils peuvent facilement infecter. Une astuce assez intelligente pour un "tueur aveugle".
Ce ne sont pas les seuls phages qui prennent des décisions élaborées – le tout sans même avoir un cerveau. Certains phages qui infectent Bacille les bactéries produisent une petite molécule chaque fois qu'elles infectent une cellule. Les phages peuvent détecter cette molécule et l'utiliser pour compter le nombre d'infections par les phages se déroulent autour d'eux. Comme les envahisseurs extraterrestres, ce décompte aide à décider quand ils doivent activer leurs gènes de réplication et de destruction, ne tuant que lorsque les hôtes sont relativement abondants. De cette façon, les phages s'assurent qu'ils ne manquent jamais d'hôtes à infecter et garantissent leur propre survie à long terme.
Contrer le contre-espionnage viral
Vous vous demandez peut-être pourquoi vous devriez vous soucier des opérations de contre-espionnage dirigées par des virus bactériens. Bien que les bactéries soient très différentes des humains, les virus qui les infectent sont pas si différent des virus qui infectent les humains. Plutôt chaque tour joué par les phages s'est révélé plus tard être utilisé par les virus humains. Si un phage peut exploiter les lignes de communication bactériennes, pourquoi un virus humain n'exploiterait-il pas les vôtres ?
Jusqu'à présent, les chercheurs ne savent pas ce que les virus humains pourraient écouter s'ils détournent ces lignes, mais de nombreuses options viennent à l'esprit. Je pense que, comme les phages, les virus humains pourraient potentiellement être capables de compter leur nombre pour élaborer des stratégies, détecter la croissance cellulaire et la formation de tissus et même surveiller les réponses immunitaires. Pour l'instant, ces possibilités ne sont que des spéculations, mais des recherches scientifiques sont en cours.
Avoir des virus écoutant les conversations privées de vos cellules n'est pas la plus belle des images, mais ce n'est pas sans un bon côté. Comme les agences de renseignement du monde entier le savent bien, le contre-espionnage ne fonctionne que lorsqu'il est secret. Une fois détecté, le système peut très facilement être exploité pour fournir de fausses informations à votre ennemi. De même, je pense que les futures thérapies antivirales pourraient combiner l'artillerie conventionnelle, comme les antiviraux qui empêchent la réplication virale, avec la ruse de la guerre de l'information, comme faire croire au virus que la cellule dans laquelle il se trouve appartient à un tissu différent.
Mais, chut, ne le dis à personne. Les virus pourraient être à l'écoute !
A propos de l'auteur
Ivan Érill, professeur agrégé de sciences biologiques, Université du Maryland, Comté de Baltimore
Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.
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