Comme les gens, les bactéries sont envahies par les virus. Dans les bactéries, les envahisseurs viraux sont appelés bactériophages, dérivés du mot grec pour les mangeurs de bactéries, ou sous forme raccourcie, «phages». Les scientifiques ont cherché à apprendre comment les organismes unicellulaires survivent à l'infection phage dans le but de mieux comprendre l'immunité humaine et de développer des moyens de lutter contre les maladies.
Maintenant, les scientifiques de la médecine de Johns Hopkins disent qu'ils ont mis en lumière la façon dont les bactéries se protègent contre certains envahisseurs de phages – en saisissant du matériel génétique des phages affaiblis et dormantes et en l'utilisant pour se « vacciner » pour provoquer une réponse immunitaire.
Dans leurs expériences, les scientifiques disent que les bactéries de Streptococcus pyogenes (qui provoquent une gorge streptococcique) profitent d'une classe de phages appelés phages tempérés, qui peuvent soit tuer des cellules ou devenir dormantes. Les bactéries volent le matériel génétique des phages tempérés au cours de cette période dormante et forment une «mémoire» biologique de l'envahisseur que leur progéniture hérite à mesure que les bactéries se multiplient. Équipée de ces souvenirs, la nouvelle population peut reconnaître ces virus et les combattre.
Un rapport sur les expériences, soutenu en partie par les National Institutes of Health, a été publié le 12 mars dans la revue Hôte de cellule et microbe. Les résultats aident les scientifiques à mieux comprendre comment les cellules bactériennes qui provoquent des maladies graves, notamment les infections à Staph et E. coli et le choléra, deviennent toxiques pour l'homme – un processus qui implique des gènes toxiques exprimés par des phages autrement dormants qui résident dans la cellule bactérienne, a déclaré l'auteur correspondant Joshua Modell, Ph.D., professeur d'associé de la biologie moléculaire et de la génétique à la université de la biologie moléculaire de Johns à l'université de Johns hopkins.
Nous voulions essentiellement répondre à la question: si les cellules bactériennes n'ont pas de mémoire ou de compétences de survie, pour lutter contre un nouveau phage tempéré qui apparaît, comment s'achètent-ils suffisamment de temps pour établir une nouvelle mémoire, avant de succomber à cette infection initiale? «
Joshua Modell, Ph.D., professeur agrégé de biologie moléculaire et de génétique, École de médecine de l'Université Johns Hopkins
Les enquêteurs de Johns Hopkins disent que les bactéries sont connues depuis longtemps pour utiliser des systèmes CRISPR-CAS pour couper l'ADN phage, le décomposer et s'en débarrasser. Surtout, les systèmes CRISPR ne peuvent détruire que l'ADN qui correspond à une « mémoire » capturée à partir d'une infection antérieure et stockée dans le propre génome de la bactérie, disent les chercheurs. De cette façon, le système CRISPR agit comme un dispositif d'enregistrement qui documente la longue liste des envahisseurs étrangers rencontrés par une souche bactérienne particulière.
Pour mener leurs recherches, les scientifiques disent qu'ils ont infecté des populations de bactéries avec des phages naturels qui vont en dormant ou des phages non mordants génétiquement modifiés dans des flacons séparés qui contenaient des millions de cellules bactériennes.
« Nos résultats indiquent que le système CRISPR des bactéries était plus efficace pour utiliser le phage naturellement dormant pour tirer parties du code génétique viral dans leur génome », explique Modell. « Lorsque nous avons testé des phages qui ne pouvaient pas devenir dormants, le système CRISPR ne fonctionnait pas aussi bien. »
Après avoir isolé les bactéries qui ont survécu et laissé les survivants repeupler le flacon, les scientifiques ont utilisé le séquençage du génome pour cataloguer des centaines de milliers de nouvelles souvenirs d'ADN que le système CRISPR CAS9 avait créé à partir des phages de test, affinant ceux qui contribuent à l'immunité cellulaire. Les scientifiques ont également déterminé que les bactéries créaient ces souvenirs pendant la période de dormance du phage tempéré, alors qu'elle ne menaçait pas la population.
« Ceci est conceptuellement similaire à un vaccin avec un virus atténué », explique Nicholas Keith, étudiant diplômé et premier auteur du journal. « Nous pensons que c'est la raison pour laquelle le système CRISPR CAS9 a une relation unique avec cette classe spécifique de phage tempéré. »
« Nous pouvons utiliser ces types d'expériences pour trouver quels éléments du phage, l'hôte bactérien et son système CRISPR sont importants pour toutes les étapes de l'immunité bactérienne », explique Keith.
Dans les futures expériences, les scientifiques visent à en savoir plus sur la façon dont les systèmes CRISPR protègent les cellules des bactéries contre les virus qui ne sont pas en sommeil, dit Modell.
« Nous savons que les systèmes CRISPR sont l'une des premières lignes de défense contre le transfert de gènes dangereux des phages qui deviennent des cellules bactériennes toxiques », explique Modell. « En outre, nos études éclaireront la conception des« thérapies phage »qui pourraient être utilisées dans les cas cliniques où une infection bactérienne résiste à tous les antibiotiques disponibles. »
En plus de Keith et Modell, les contributeurs de l'étude sont Rhett Snyder de Johns Hopkins et Chad Euler du Hunter College.
La recherche a été financée par la Johns Hopkins University School of Medicine, le National Institutes of Health National Institute of General Medical Sciences (R35GM142731), la Fondation Rita Allen et la National Science Foundation.
