Bactériophage - Définition

Introduction

Un bactériophage (ou phage) est un virus n'infectant que des bactéries. En grec, phageton signifie nourriture/consommation. On les appelle également virus bactériens. Ce sont des outils fondamentaux de recherche et d'étude en génétique moléculaire. Les bactériophages servent entre autres, de vecteurs de clonage de gènes.

Les bactériophages sont présents dans l'ensemble de la biosphère. En effet, ils sont présents partout, mais en quantité plus importante dans les excréments, le sol et les eaux d'égout. La découverte des bactériophages se fait en 1915 par Frederick W. Twort (à Londres) qui remarque que des colonies de microcoques prenaient parfois un aspect vitreux, dû à une destruction des cellules bactériennes, et que cette caractéristique était transmissible à des colonies normales par simple contact. Puis Félix d'Hérelle fait la même observation dans des selles de malades atteints de dysenterie bacillaire (maladie du colon). Le support génomique des bactériophages peut être un ADN ou un ARN.

Caractéristiques

Constitution

Structure d'un bactériophage

Comme les virus qui infectent les eucaryotes, les phages sont constitués d'une enveloppe protéique externe (appelée capside) protégeant le matériel génétique (ADN ou ARN). Pour plus de 95 % des phages connus, ce matériel est une molécule d'ADN double-brin d'une taille de 5 à 650 kpb et leur taille varie de 24 à 200 nm.

L’organisme responsable de la nomenclature et de la taxonomie des virus s’appelle l’International Commitee on Taxonomy of Viruses (ICTV). On dénombre 21 morphologies différentes chez les virus bactériens actuellement reconnus par l'ICTV. En 2000, plus de 5000 bactériophages différents avaient été observés et décrits. Plus de 95 % d'entre eux possédaient une queue impliquée dans l'entrée de l'ADN du phage dans la cellule bactérienne.

Dans les années 1940, les travaux effectués sur les bactériophages ont permis de découvrir que les acides nucléiques étaient les principaux constituants du matériel génétique. C'est avec cette découverte que prit naissance le vaste domaine de la biologie moléculaire.

Caractérisation

On caractérise les phages par la présence de plage de lyse. L'infection d'une cellule par un seul phage provoque, au bout d'une vingtaine de minutes la lyse de la cellule bactérienne avec libération de centaines de particules phagiques. Chaque particule de la descendance va aller infecter une bactérie voisine et recommencer le cycle lytique. Assez vite, le résultat de ces destructions en cascade devient visible à l'œil nu sous forme de trous dans le tapis bactérien appelés des plages de lyse. Ces plages de lyse constituent un phénotype permettant de caractériser les phages.

Reproduction

Les phages sont en général tres spécifiques et ne peuvent infecter qu'une seule espèce de "bactérie" aussi appele "bacterie melophasiques". Ceci est en particulier lié à leur mécanisme de pénétration dans la cellule bactérienne : les phages reconnaissent en effet une protéine spécifique de la surface bactérienne, leur "récepteur", qui leur permet de s'accrocher et d'injecter leur matériel génétique. Ce récepteur varie d'un phage à l'autre et dépend de l'espèce bactérienne ciblée.

Le cycle de réplication des phages dans la cellule peut suivre plusieurs schémas :

• Certains phages sont virulents ou lytiques, c'est-à-dire qu'aussitôt qu'ils infectent une cellule, la réplication démarre, de nouveaux virions sont assemblés et produit et, dans un court laps de temps, des protéines virales provoquent la lyse de la cellule hôte et la libération de nombreux nouveaux phages. Le microbiologiste Mark Müller a dit  : « Les bactéries ne meurent pas, elles explosent en multiples phages. »

• Certains bactériophages (appelés phages tempérés) peuvent demeurer dans un état quiescent en intégrant leur matériel génétique à l'ADN de la bactérie. On parle alors de provirus ou de prophage, c'est-à-dire un virus dont le matériel génétique est intégré au génome de l'hôte. Ces phages endogènes, sont copiés à chaque division cellulaire avec l'ensemble de l'ADN de la bactérie, que l'on qualifie alors de lysogène. Pendant cette phase de latence, l'expression des gènes codés par le génome du phage est en général réprimée par une protéine répresseur. Dans certaines conditions, en particulier en cas de carence ou de stress, le prophage sort de sont état quiescent et active son cycle réplicatif. Il s'excise du génome de l'hôte et entre dans un cycle lytique, comme ci-dessus. Parfois, les prophages apportent quelque chose à la relation bactérie-phage quand la cellule est en dormance, en ajoutant de nouvelles fonctions au génome de la bactérie, un phénomène appelé conversion lysogène. Un exemple connu est l'inoffensive bactérie Vibrio qui, quand elle est lysogénisée par un phage, cause le choléra.

• Certains phages ne provoquent pas la lyse de la cellule infectée, mais bourgeonnent à la membrane bactérienne, sans la rompre. C'est le cas des phages filamenteux comme M13 ou f1 d'Escherichia coli. La cellule infectée devient alors une usine à produire du phage de manière continue.

Cycles lytique et lysogénique

Les bactériophages, ubiquitaires de nature, persistent dans le monde bactérien sous deux états distincts : en tant que phage virulent (qui se réplique dans une cellule bactérienne réceptive) ou sous forme lysogène (inséré dans le génome sous la forme d’un prophage, il devient partie intégrante du génome de l’hôte). Tous les virus bactériophages ont un cycle lytique (infectieux) pendant lequel le virus, incapable de se reproduire par ses propres moyens, injecte son matériel génétique dans la bactérie. Grâce aux enzymes et aux ribosomes de l'hôte, le virus peut être répliqué à plus de cent exemplaires avant que l'hôte n'éclate. Mais parfois, certains bactériophages se comportent autrement. Leur matériel génétique s'intègre au chromosome de la bactérie qui le transmet à ses descendants (lysogénie). Dans un cas pour cent mille, l'ADN viral est activé et entame un cycle lytique.