Les bactériophages (phages) sont des virus qui infectent spécifiquement les bactéries. Ce sont les entités biologiques les plus abondantes sur Terre, avec environ 10^31 particules. Les phages jouent un rôle essentiel dans l’écologie et l’évolution bactériennes et ont des applications en médecine et en biotechnologie.

Structure et classification des phages

Les phages sont constitués d’acide nucléique (ADN ou ARN, simple ou double brin) enfermés dans une capside protéique, et beaucoup ont une structure de queue pour la reconnaissance de l’hôte et l’injection du génome. Le groupe le plus étudié est celui des Caudovirales (phages à queue), comprenant les Myoviridae (longues queues contractiles, par exemple T4), les Siphoviridae (longues queues non contractiles, par exemple lambda) et les Podoviridae (queues courtes, par exemple T7). Les phages filamenteux (Inoviridae, par exemple M13) sont longs et fins, ne lysent pas leur hôte et sont extrudés de la cellule sans la tuer.

Cycle Lytique

Le cycle lytique commence par l’adsorption, où les fibres de la queue du phage ou les protéines de liaison aux récepteurs reconnaissent des structures de surface bactériennes spécifiques (LPS, porines, pili, flagelles). L’injection du génome s’effectue lorsque le phage pénètre dans l’enveloppe cellulaire et injecte son acide nucléique dans le cytoplasme, les capsides vides restant attachées à l’extérieur. Lors de la réplication et de l’assemblage, le phage détourne la machinerie hôte pour la réplication, la transcription et la traduction ; les protéines structurelles s’auto-assemblent en procapsides et l’ADN génomique est conditionné par des enzymes terminase. Enfin, la lyse se produit lorsque les holines créent des pores dans la membrane interne, permettant aux endolysines de dégrader le peptidoglycane, provoquant une lyse osmotique et la libération de virions descendants (généralement 50 à 200 par cellule).

Cycle lysogénique

Les phages tempérés (par exemple lambda, P1) peuvent intégrer leur génome dans le chromosome bactérien en tant que prophage ou se répliquer en tant que plasmide. Le prophage est répliqué passivement avec le génome de l’hôte et la lysogénie est maintenue par des protéines répresseurs (par exemple, lambda CI) qui bloquent l’expression des gènes lytiques. L’induction se produit lorsque des dommages à l’ADN (via la réponse SOS) déclenchent l’autoclivage du répresseur médié par RecA, passant au cycle lytique. La conversion lysogène se produit lorsque les prophages portent des gènes qui modifient le phénotype bactérien (toxines, facteurs de virulence), tels que la toxine Shiga codée par les phages dans E. coli O157: H7, la toxine cholérique dans Vibrio cholerae et la toxine diphtérique dans Corynebacterium diphtheriae.

Phagothérapie

La phagothérapie utilise des phages lytiques pour traiter les infections bactériennes. Les avantages incluent la spécificité (ne nuit pas au microbiote commensal), l’auto-amplification au niveau des sites d’infection et l’activité contre les agents pathogènes multirésistants. Les défis comprennent une gamme d’hôtes étroite, la résistance bactérienne aux phages, la pharmacocinétique (clairance immunitaire) et les obstacles réglementaires. Les applications réussies incluent le traitement des infections à P. aeruginosa chez les patients atteints de mucoviscidose, les infections des articulations prothétiques à S. aureus et les cocktails de phages personnalisés pour un usage compassionnel.

Applications biotechnologiques

La présentation par phage utilise des phages filamenteux (M13) pour afficher les peptides étrangers fusionnés pour envelopper les protéines, permettant ainsi le criblage de bibliothèques d’anticorps et l’évolution des protéines. La typographie utilise des panels de phages spécifiques pour identifier les souches bactériennes en fonction des modèles de sensibilité, utilisés dans la surveillance épidémiologique. Les outils de diagnostic comprennent des phages rapporteurs conçus pour exprimer la luciférase ou des protéines fluorescentes, permettant une détection et une identification rapides des bactéries.