Les bactériophages (phages) sont des virus qui infectent spécifiquement les bactéries. Ils sont les entités biologiques les plus abondantes sur Terre, avec environ 10^31 particules. Les phages jouent des rôles essentiels dans l’écologie bactérienne, l’évolution 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) enfermé 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, ex. T4), les Siphoviridae (longues queues non contractiles, ex. lambda) et les Podoviridae (queues courtes, ex. T7). Les phages filamenteux (Inoviridae, ex. 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 au récepteur reconnaissent des structures de surface bactériennes spécifiques (LPS, porines, pili, flagelles). L’injection du génome suit lorsque le phage pénètre l’enveloppe cellulaire et injecte son acide nucléique dans le cytoplasme, les capsides vides restant attachées à l’extérieur. Pendant la réplication et l’assemblage, le phage détourne la machinerie de l’hôte pour la réplication, la transcription et la traduction ; les protéines structurales s’auto-assemblent en procapsides, et l’ADN génomique est empaqueté par les enzymes terminases. 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 filles (généralement 50-200 par cellule).
Cycle Lysogénique
Les phages tempérés (ex. lambda, P1) peuvent intégrer leur génome dans le chromosome bactérien sous forme de prophage ou se répliquer comme un plasmide. Le prophage est répliqué passivement avec le génome de l’hôte, et la lysogénie est maintenue par des protéines répressrices (ex. lambda CI) qui bloquent l’expression des gènes lytiques. L’induction se produit lorsque les dommages à l’ADN (via la réponse SOS) déclenchent l’autoclivage médié par RecA du répresseur, passant au cycle lytique. La conversion lysogénique se produit lorsque les prophages portent des gènes qui modifient le phénotype bactérien (toxines, facteurs de virulence), comme la toxine Shiga codée par un phage chez E. coli O157:H7, la toxine cholérique chez Vibrio cholerae et la toxine diphtérique chez Corynebacterium diphtheriae.
Phagothérapie
La phagothérapie utilise des phages lytiques pour traiter les infections bactériennes. Les avantages comprennent la spécificité (ne nuit pas au microbiote commensal), l’auto-amplification sur les sites d’infection et l’activité contre les pathogènes multirésistants. Les défis comprennent la gamme d’hôtes étroite, la résistance bactérienne aux phages, la pharmacocinétique (élimination immunitaire) et les obstacles réglementaires. Les applications réussies comprennent le traitement des infections à P. aeruginosa chez les patients atteints de fibrose kystique, les infections de prothèses articulaires à S. aureus et les cocktails de phages personnalisés pour usage compassionnel.
Applications Biotechnologiques
La technique du phage display utilise des phages filamenteux (M13) pour exposer des peptides étrangers fusionnés aux protéines de la capside, permettant le criblage de bibliothèques d’anticorps et l’évolution des protéines. Le typage phagique utilise des panels de phages spécifiques pour identifier les souches bactériennes en fonction des profils de sensibilité, employé dans la surveillance épidémiologique. Les outils diagnostiques comprennent des phages rapporteurs conçus pour exprimer la luciférase ou des protéines fluorescentes, permettant une détection et une identification rapides des bactéries.
