Sciences · Biologie
Le bactériophage
Un bactériophage, ou phage, est un virus qui infecte exclusivement les bactéries : il injecte son génome, détourne la cellule pour se multiplier et la fait souvent éclater.
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Les bactériophages sont les entités biologiques les plus nombreuses de la planète : on estime leur nombre à environ 10^31, soit plus que toutes les bactéries réunies. Un millilitre d’eau de mer en contient couramment des dizaines de millions. Ils tuent chaque jour une part importante des bactéries océaniques et sont inoffensifs pour les cellules humaines, animales et végétales. Leur étude a fondé la biologie moléculaire, et leur usage médical connaît un regain face à la résistance aux antibiotiques.
Découverte
En 1915, le Britannique Frederick Twort décrit un agent capable de détruire des colonies bactériennes. En 1917, le Franco-Canadien Félix d’Hérelle, à l’Institut Pasteur de Paris, l’isole indépendamment à partir de selles de soldats atteints de dysenterie, lui donne le nom de « bactériophage » et comprend qu’il s’agit d’un virus. Il est aussi le premier à les utiliser pour soigner des patients, dès 1919.
Structure d’un phage
Le phage le plus connu, le T4, qui infecte Escherichia coli, ressemble à un module lunaire miniature d’environ 0,2 micromètre :
| Partie | Rôle |
|---|---|
| Tête (capside) | Coque de protéines icosaédrique contenant l'ADN |
| Queue | Tube creux contractile, par lequel l’ADN est injecté |
| Plaque basale et fibres caudales | Reconnaissent les récepteurs à la surface de la bactérie et s’y fixent |
Tous les phages n’ont pas cette forme : il en existe des filamenteux, des sphériques sans queue, à ADN ou à ARN.
Deux cycles de vie
Le cycle lytique
- Fixation : les fibres de la queue reconnaissent une molécule précise de la paroi bactérienne ; c’est ce qui rend chaque phage très spécifique.
- Injection : la queue se contracte et l’ADN viral pénètre dans la bactérie ; la capside reste dehors.
- Réplication : le génome du phage prend le contrôle de la machinerie de la cellule, qui fabrique des copies d’ADN et des protéines virales.
- Assemblage : de nouveaux phages sont montés.
- Lyse : une enzyme (l’endolysine) perce la paroi ; la bactérie éclate et libère de quelques dizaines à plusieurs centaines de phages. Pour T4, le cycle dure environ une demi-heure.
Le cycle lysogénique
Les phages dits tempérés, comme le phage lambda, peuvent aussi intégrer leur ADN dans le chromosome bactérien. Ce « prophage » est alors copié silencieusement à chaque division. Un stress (rayons UV, agression chimique) peut le réveiller et déclencher un cycle lytique.
| Lytique | Lysogénique | |
|---|---|---|
| Sort de la bactérie | Détruite | Survit et se divise |
| ADN du phage | Reste séparé | Intégré au chromosome |
| Production de virus | Immédiate | Différée |
| Phages concernés | Virulents et tempérés | Tempérés seulement |
Certains prophages apportent des gènes de toxines : la toxine du choléra et celle de la diphtérie sont codées par des phages intégrés dans les bactéries responsables.
Le rôle des phages dans la nature
- Régulation des populations bactériennes, en particulier dans les océans, où la lyse libère de la matière organique utilisée par d’autres micro-organismes (on parle de « shunt viral »).
- Transfert de gènes entre bactéries (transduction), l’un des moteurs de l’évolution bactérienne.
- Course aux armements : les bactéries se défendent, notamment par le système CRISPR, qui garde en mémoire des fragments d’ADN de phages pour les reconnaître et les découper. C’est ce mécanisme qui a été détourné pour créer l’outil d’édition génétique CRISPR-Cas9.
Des outils fondateurs pour la biologie
| Année | Apport des phages |
|---|---|
| 1952 | Expérience de Hershey et Chase : c’est l’ADN, et non les protéines, qui porte l’information génétique |
| 1961 | Travaux de Crick et Brenner sur T4 : le code génétique est lu par triplets |
| Années 1960 | Jacob, Lwoff et Monod (Nobel 1965) comprennent la régulation des gènes, en partie grâce au phage lambda |
| 1970 | Découverte des enzymes de restriction, défenses antiphages, outils du génie génétique |
| 1985 | Phage display : technique de sélection d’anticorps (Nobel de chimie 2018 pour George Smith et Gregory Winter) |
La phagothérapie
Soigner une infection avec des phages a été pratiqué dès les années 1920, puis abandonné en Occident au profit des antibiotiques après 1945. L’Union soviétique, notamment la Géorgie avec l’Institut Eliava de Tbilissi fondé en 1923 avec la participation de d’Hérelle, a poursuivi cette pratique.
Face à l’antibiorésistance, la phagothérapie revient dans les hôpitaux occidentaux, pour l’instant dans un cadre dérogatoire ou d’essais cliniques. Ses atouts : une grande spécificité (le microbiote est épargné), une efficacité sur des bactéries multirésistantes, une multiplication sur le site de l’infection. Ses limites : il faut trouver le phage adapté à chaque souche, les bactéries peuvent aussi devenir résistantes, et le cadre réglementaire reste à construire.
Questions fréquentes
Les phages sont-ils dangereux pour l’homme ?
Non, ils ne peuvent pas infecter nos cellules, faute de reconnaître leurs récepteurs. Notre intestin en héberge des milliards, qui font partie du microbiote intestinal.
Un phage peut-il tuer n’importe quelle bactérie ?
Non. La plupart des phages n’infectent qu’une espèce, voire quelques souches d’une même espèce. Cette spécificité est un atout médical mais oblige à constituer de grandes collections de phages.
Les bactériophages sont-ils vivants ?
Comme tous les virus, ils sont à la frontière du vivant : ils ont un génome et évoluent, mais n’ont aucun métabolisme et ne se multiplient qu’à l’intérieur d’une cellule.