Bactériophage
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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 (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) et d'étude en génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) moléculaire. Les bactériophages servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) entre autres, de vecteurs de clonage (Le clonage désigne principalement deux processus. C'est d'une part la multiplication naturelle ou artificielle à l'identique d'un être...) de gènes.

Les bactériophages sont présents dans l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) de la biosphère (La notion de biosphère désigne à la fois un espace et un processus auto-entretenu (jusqu'à ce jour et depuis plus de 3 milliards d'années) sur la planète Terre, et qu'on ne connait que sur cette...). En effet, ils sont présents partout, mais en quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...) plus importante dans les excréments, le sol et les eaux d'égout. Ils ont été découverts en 1912, par Félix d'Hérelle, scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) franco-canadien, et en 1915 par un chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont...) britannique, Frederick W. Twort.

Le support génomique (La génomique est une discipline de la biologie moderne. Elle étudie le fonctionnement d'un organisme, d'un organe, d'un cancer, etc. à...) des bactériophages peut être un ADN ou un ARN.

Caractéristiques

Constitution

Structure d'un bactériophage
Structure d'un bactériophage (Un bactériophage (ou phage) est un virus n'infectant que des bactéries. En grec, phageton signifie nourriture/consommation. On les appelle...)

Comme les virus (Un virus est une entité biologique qui nécessite une cellule hôte, dont il utilise les constituants pour se multiplier. Les virus existent sous une forme extracellulaire ou intracellulaire. Sous la forme intracellulaire...) 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 (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de...) 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 (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de...) moléculaire.

Reproduction

Les phages infectent seulement une seule bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique, le peptidoglycane. Les...) spécifique. Certains phages sont virulents, c'est-à-dire qu'aussitôt qu'ils infectent une cellule, elle se met immédiatement à se reproduire et, dans un court laps de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), le phage fait exploser la cellule ce qui dégage de nombreux autres phages.

Le fameux microbiologiste Mark Müller a dit un jour : " Les bactéries ne meurent pas, elles explosent en multiples phages. " Certains bactériophages (appelés moyen phages) peuvent entrer dans un état assez inoffensif en entrant leur matériel génétique dans l'ADN de l'hôte (la bactérie) comme un rétrovirus ou comme des plasmides. Ces phages endogènes, référés comme prophages, sont copiés à chaque division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est...) cellulaire avec l'ensemble avec l'ADN de la bactérie. L'ADN de celle-ci n'est pas détruit, au contraire ! Ses gènes peuvent être transférés par l'intermédiaire du prophage. Quand la cellule montre quelques signes de stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général d'adaptation, est l'ensemble des réponses d'un organisme...) (cela peut vouloir dire qu'elle va bientôt mourir) le phage endogène commence encore à être actif et commence son cycle reproductif. Ce qui en résulte, c'est la multiplication (La multiplication est l'une des quatre opérations de l'arithmétique élémentaire avec l'addition, la soustraction et la division .) du phage à l'intérieur de la cellule. Un exemple est la lambda phage de Escherichia coli. Parfois, les prophages apportent quelque chose à la relation bactérie-phage quand la cellule est en dormance, en ajoutant de nouvelles fonctions au génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains virus...) de la bactérie, un phénomène appelé conversion lysogène. Un exemple connu est l'inoffensive bactérie Vibrio qui, quand elle est transformée par un phage, cause le choléra !

Cycles lytique et lysogénique

Les bactériophages, ubiquitaires de nature, persistent dans le monde (Le mot monde peut désigner :) 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 (Le chromosome (du grec khroma, couleur et soma, corps, élément) est l'élément porteur de l'information génétique. Les chromosomes contiennent les gènes et...) 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.

Les bactériophages participent à l'évolution des bactéries

Comme les phages peuvent porter dans leur génome des gènes accessoires à leur cycle de vie (La vie est le nom donné :), ils participent aux transferts horizontaux de gènes entre populations bactériennes. C'est la transduction. Lorsque ces gènes accessoires codent des facteurs de virulence (La virulence désigne le caractère pathogène, nocif et violent d'un micro-organisme (bactérie ou champignon). La virulence d'un pathogène létal est facilement mesurable mais celle des pathogènes à effets...), la bactérie infectée voit son pouvoir pathogène (Le terme pathogène (du grec παθογ?νεια ! « naissance de la douleur »)...) augmenté – c’est le phénomène de " conversion lysogénique ".

Un exemple bien connu est celui des gènes des toxines Stx des Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC). Ces gènes stx sont localisées dans des séquences de bactériophages lambdoïdes intégrés dans le chromosome. Les EHEC auraient donc émergé par conversion lysogénique. On connaît de nombreux autres exemples de ce type, comme la toxine (Une toxine est une substance toxique pour un ou plusieurs organismes vivants. Le Petit Larousse de 2009, toutefois, définit la toxine comme une...) cholérique de Vibrio cholerae qui est portée par le phage CTX.

Les bactériophages lysogènes sont souvent intégrés dans le chromosome au niveau de loci codant des ARN de transfert (ARNt). Par exemple, le phage ¨PhiR73 de Escherichia coli est inséré au niveau du locus selC. L'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) de gènes étrangers par transfert horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la verticale. Une ligne horizontale va « de la gauche vers la droite » ou vice versa.), grâce à des bactériophages s’intégrant au niveau de tels " points chauds " est plausible, puisque les séquences codant les ARNt sont hautement conservées entre les différentes espèces bactériennes. Enfin, la persistance ( Persistance (statistiques) Persistance (informatique) en peinture : La Persistance de la mémoire (1931) en médecine : la persistance du...) des gènes de virulence dans les génomes phagiques suggère qu’ils confèrent un avantage sélectif, peut-être dû à la plus grande multiplication et diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit,...) de la bactérie hôte.

Les bactériophages comme outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la...) fondamental de recherche

Les phages ont permis l'essor de la biologie moléculaire

Le phage S-PM2
Le phage S-PM2

Dans les années 1960, des recherches de pointe menées sur les mécanismes hôte/phage par des physiologistes américains, Max Delbrück, Alfred Hershey et Salvador Luria, valurent à ces chercheurs le prix Nobel de médecine-physiologie en 1969.

Les phages ont permis différentes découvertes:

  • L'expérience de Harshey et Chase (CHASE, acronyme anglais de CHilean Automatic Supernova sEarch est un programme de recherche de supernovae visibles depuis les observatoires astronomiques de l'hémisphère sud. Entamé en 2007, il a découvert 33...) qui a permis de confirmer la fonction de l'ADN en tant que support de l'information génétique.
  • En 1980, le biochimiste britannique Frederick Sanger (Frederick Sanger (13 août 1918 à Rendcombe, Grande-Bretagne) est un biochimiste anglais qui a reçu deux prix Nobel de chimie...) reçut le prix Nobel pour avoir réussi à séquencer l'ADN en utilisant un phage.

L'étude des phages a des implications importantes en médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps...) et en génétique, en particulier pour la compréhension des infections virales, des anomalies génétiques, de l'embryologie humaine, des causes du cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de l'organisme, de telle manière que la survie...) et de la résistance des bactéries aux antibiotiques.

Utilisation en génie génétique (Le génie génétique (ou ingénierie génétique) est un ensemble de techniques, faisant partie de la biologie moléculaire et ayant pour objet l’utilisation des connaissances acquises en...)

Les phages sont utilisés de multiples manières dans la biologie moléculaire. Ils sont utilisés comme vecteurs de clonage pour insérer de l'ADN dans les bactéries. La méthode du phage display est une méthode qui permet la sélection d'un peptide grâce à sa présentation sur la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...) de phages.

Utilisation dans le séquençage (En biochimie, le séquençage consiste à déterminer l'ordre linéaire des composants d'une macromolécule (les acides aminés d'une protéine, les...) de génomes entiers

Le séquençage d'un génome ne se fait pas d'un seul coup, mais petit à petit sur des fragments de génomes. Pour cela ces fragments d'ADN doivent être stockés et multipliés dans des organismes servant de banque d'ADN. Les phages en tant que vecteurs de clonage le permettent.

Utilisation des phages en tant qu'agent anti-microbien

Les phages ont comme particularités intéressantes, à la fois de détruire les bactéries, et d'être inoffensifs pour les cellules humaines. Certains scientifques cherchent à développer une lutte contre les infections avec des phages.

Une thérapie (Une thérapie est un ensemble de mesures appliquées par un thérapeute à une personne souffrant d'un problème de santé, dans le but de l'aider à guérir, de minimiser ou de soulager...) est possible grâce aux phages depuis les années 1940. C'est une bonne alternative aux antibiotiques pour traiter les infections bactériennes et tuer les bactéries. Il y a une bibliothèque pour la recherche dans une catégorie spécifique de phage et les traitements possibles à l' Eliava Institute de Tbilissi en Géorgie.

En 2006, aux États-Unis, une préparation à base de six virus bactériophages a été autorisée comme conservateur alimentaire, notamment, pour lutter contre la listériose (La listériose est une maladie bactérienne qui affecte de nombreuses espèces animales et qui est causée par la Listeria monocytogenes. La transmission de cette maladie se fait essentiellement par l'alimentation. On...). (lien)

Liste des principaux bactériophages

  • phage λ - lysogène
  • phage T4 (169 à 170 paires de bases, 200 nm de long)
  • phage T7
  • phage R17
  • phage M13 - Phagemid
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