Les Bactériophages

I. Introduction 1. Historique 1917 - Un microbiologiste canadien, Félix-Hubert d'Hérelle, découvre le bactériophage, un virus qui s'attaque aux bactéries. Cette découverte de grande importance survient dans le cadre des recherches qu’Hérelle mène à l'Institut Pasteur de Paris. 1945 - Le mécanisme de l'infection d'une bactérie par un phage a été précisé par l'étude approfondie des sept bactériophages à ADN bicaténaire du système T (Demerec et Fano). En 1980, le biochimiste britannique Frederick Sanger reçut le prix Nobel pour avoir réussi à séquencer l'ADN en utilisant un phage.    

2. Présentation générale Les bactériophages constituent une variété particulière de virus dont l’hôte exclusif est une bactérie. La présence de récepteurs à la surface de cette dernière détermine les possibilités d’association entre phage et bactérie. En effet, les bactériophages sont porteurs d’ADN, matériel génétique, et capables d’intégrer à leur génome une partie du génome bactérien. Un phage est constitué d’un acide nucléique (A.R.N. ou A.D.N.) entouré d’une coque protectrice. Après fixation du phage sur une protéine spécifique de la surface bactérienne, son génome est introduit à l’intérieur de la bactérie où il gouverne la synthèse de nouveaux phages (de 100 à 10 000). Certains phages pratiquent la lysogénie, qui consiste à intégrer leur génome dans l’A.D.N. de la bactérie qu’ils infectent au lieu de la tuer brutalement en produisant une quantité énorme de phages (croissance lytique).

II. Relations virus/bactéries Le domaine de la bactériophagie s'étend aux espèces bactériennes les plus diverses : Gram+, Gram-, acido-résistantes, sporulées ou non sporulées, aérobies ou non aérobies, saprophytes ou pathogènes. Les bactériophages les plus anciennement connus sont ceux des staphylocoques et des bacilles dysentériques. Les sources naturelles de bactériophages sont multiples: - le sol, les eaux de rivière, la mer, les eaux d'égout. - les végétaux, les animaux et les insectes. L'activité d'un bactériophage sur les bactéries sensibles conduit à la lyse bactériophagique, c'est-à-dire soit à l'éclaircissement des cultures microbiennes en milieu liquide, soit (dans le cas de cultures sur milieu solide) à l'apparition des "plages", petites zones de lyse limitée, circulaires, claires ou voilées, qui révèlent la formation d'un clone de bactériophage par multiplication d'un corpuscule de virus aux dépens de la culture bactérienne.

Pour que se produise la multiplication du phage, certaines conditions sont nécessaires: - intégrité anatomique et fonctionnelle de la particule bactériophagique, - spécificité et étendue de son spectre d'activité lytique. Le spectre peut être modifié par l"adaptation", (= elle consiste en une variation phénotypique réversible ou à une modification génotypique irréversible par sélection de mutant du irréversible par sélection de mutants du virus). L'extrême capacité d'adaptation de ces virus est en grande partie à l'origine de la discussion sans cesse renaissante sur l'unicité du bactériophage ou la multiplicité des bactériophages. La bactérie doit : - être vivante - être en phase de croissance, - disposer d'un équipement enzymatique - avoir un apport nutritif convenables - posséder les récepteurs indispensables à la fixation du bactériophage.

La résistance des bactéries aux bactériophages peut résulter : - de l'absence des récepteurs bactériens, - de l'interruption du cycle intracellulaire de multiplication du virus - de l'existence d'une lysogénie naturelle ou acquise.

- Fixation du virus sur la paroi bactérienne Mécanisme de l'infection d'une bactérie - Fixation du virus sur la paroi bactérienne - Digestion d'une zone très localisée de la paroi bactérienne par une enzyme phagique - L'injection de l'ADN viral dans le cytoplasme bactérien. L'enveloppe protéique du phage (qui reste à l'extérieur de la bactérie) agit comme une microseringue en injectant dans la bactérie le matériel nucléaire porteur de l'information génétique - L'ADN déclenche la multiplication intracellulaire du bactériophage et commande l'enchaînement de 3 étapes successives: 1. période latente ou d'éclipse avec arrêt de la multiplication bactérienne et de la synthèse des enzymes bactériennes normales 2. période de production : le métabolisme bactérien est entièrement dévié vers l'élaboration des constituants du phage et assure la synthèse de l'ADN viral, sa réplication, la synthèse des protéines spécifiques du bactériophage 3. période de lyse : l'éclatement de la paroi bactérienne, dû à la production d'une endolysine soluble, libère, dans le milieu, les bactériophages infectieux. Rmq : l'ADN viral diffère de l'ADN bactérien par la présence dans sa molécule de 5-hydroxyméthylcytosine, sa forme réplicative est circulaire

III. Morphologie et structure tête core spicule plaque

On admet que la tête, longtemps considérée comme ayant la forme d'un prisme hexagonal, bipyramidal, est un icosaèdre particulier qui a subi une élongation dans sa région équatoriale. La queue possède un axe central rigide (core ) parcouru sur toute sa longueur par un fin canal (diamètre 8 nm). La gaine coaxiale apparaît formée par l'empilement de 24 anneaux espacés de 4 nm, eux-mêmes constitués de 144 unités protéiques, d'un diamètre de 3 nm et ayant une disposition hélicoïdale. La plaque terminale (largeur: 35 nm) comporte six branches rayonnantes; leurs extrémités, qui occupent les sommets d'un hexagone, sont terminées par de courts prolongements. C'est à ces extrémités que sont fixées les six fibres de la queue, dont le point d'attache supérieur est au niveau de la collerette (fine structure annulaire coaxiale située entre l'extrémité supérieure du manchon et la tête); ces fibres forment autour de la queue du phage intact une fragile cage à six barreaux. Ces différentes parties de la queue jouent chacune un rôle distinct et complémentaire au cours de la fixation du phage sur la bactérie (fibres et plaque terminale) et de l'injection de l'ADN (manchon, plaque terminale et canal central).

IV. Conclusion Si le développement continu des recherches sur les bactériophages a eu d'aussi importantes conséquences en biologie moléculaire et en génétique, les applications proprement dites des phages ont été nombreuses . L'introduction des antibiotiques d'origine fongique dans la thérapeutique des infections microbiennes de l'homme et des animaux a relégué au second plan l'importance des bactériophages pour le traitement et la guérison des maladies infectieuses d'origine bactérienne. Bien que les bactériophages soient encore utilisés avec succès dans ce but, ils ont surtout trouvé des applications très étendues dans le diagnostic et l'épidémiologie des infections bactériennes telles que la fièvre typhoïde, les autres salmonelloses, la dysenterie bacillaire, les staphylococcies, le choléra ou les brucelloses.

Bibliographie www.ifremer.fr http://eric.langevin.free.fr/bibliop/debut.html Présenté par Jennifer MORGANTE et Cindy THIBERT