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Facult des sciences de Bizerte

Anne universitaire: 2011-2012

Virus qui infecte spcifiquement les cellules bactriennes; aussi appel phage. Lesbactriophages constituent une varit particulire de virus dont l'hte exclusif est une bactrie. La prsence de rcepteurs la surface de cette dernire dtermine les possibilits d'association entre phage et bactrie. Ces virus sont tudis par les microbiologistes et

utiliss par les biologistes molculaires. En effet, les bactriophages sont porteurs d'ADN,matriel gntique, et capables d'intgrer leur gnome une partie du gnome bactrien. Cette proprit est trs largement mise profit dans l'tude de la rgulation de l'expression des gnes. Un phage est constitu d'un acide nuclique (ARN ou ADN) entour d'une

coque protectrice. Aprs fixation du phage sur une protine spcifique de la surfacebactrienne, son gnome est introduit l'intrieur de la bactrie o il gouverne la synthse de nouveaux phages (de 100 10 000). Certains phages pratiquent la lysognie, qui consiste intgrer leur gnome dans l'ADN de la bactrie qu'ils infectent au lieu de la tuer

brutalement en produisant une quantit norme de phages (croissance lytique). Le passagede la croissance lysogne la croissance lytique dpend de facteurs environnementaux. Les phages sont trs tudis et utiliss en biologie molculaire.

Un bactriophage (ou phage) est un virus n'infectant que des bactries. En grec, phageton signifie nourriture/consommation. On les appelle galement virus bactriens. Ce sont des outils fondamentaux de recherche et d'tude en gntique molculaire. Les bactriophages servent entre autres, de vecteurs de clonage de gnes.

Les bactriophages sont prsents dans l'ensemble de la biosphre. En effet, ils sont prsents partout, mais en quantit plus importante dans les excrments, le sol et les eaux d'gout. La dcouverte des bactriophages se fait en 1915 par Frederick W. Twort ( Londres) qui remarque que des colonies de microcoques prenaient parfois un aspect vitreux, d une destruction des cellules bactriennes, et que cette caractristique tait transmissible des colonies normales par simple contact. Puis Flix d'Herelle fait la mme observation dans des selles de malades atteints de dysenterie bacillaire (maladie du colon). Le support gnomique des bactriophages peut tre un ADN ou un ARN.

Constitution

Comme les virus qui infectent les eucaryotes, les phages sont constitus d'une enveloppeprotique externe (appele capside) protgeant le matriel gntique (ADN ou ARN). Pour plus de 95 % des phages connus, ce matriel est une molcule d'ADN double-brin d'une taille de 5 650 kpb et leur taille varie de 24 200 nm.

Lorganisme responsable de la nomenclature et de la taxonomie des virus sappellelInternational Commute on Taxonomy of Viruses (ICTV). On dnombre 21 morphologies diffrentes chez les virus bactriens actuellement reconnus par l'ICTV. En 2000, plus de 5000 bactriophages diffrents avaient t observs et dcrits. Plus de 95 % d'entre eux possdaient une queue implique dans l'entre de l'ADN du phage dans la cellule bactrienne.

Dans les annes 1940, les travaux effectus sur les bactriophages ont permis de

dcouvrir que les acides nucliques taient les principaux constituants du matrielgntique. C'est avec cette dcouverte que prit naissance le vaste domaine de la biologie molculaire.

On caractrise les phages par la prsence de plage de lyse.L'infection d'une cellule par un seul phage provoque, au bout d'une vingtaine de minutes la lyse de la cellule

bactrienne avec libration de centaines de particulesphagiques. Chaque particule de la descendance va aller infecter une bactrie voisine et recommencer le cycle

lytique. Assez vite, le rsultat de ces destructions encascade devient visible l'oeil nu sous forme de trous dans le tapis bactrien appels des plages de lyse. Ces plages de

lyse constituent un phnotype permettant de caractriserles phages.

Les phages sont en gnral spcifiques et ne peuvent infecter qu'une seule espce de bactrie. Ceci est en particulier li leur mcanisme de pntration dans la cellule bactrienne : les phages reconnaissent en effet une protine spcifique de la surface bactrienne, leur "rcepteur", qui leur permet de s'accrocher et d'injecter leur matriel

gntique. Ce rcepteur varie d'un phage l'autre etdpend de l'espce bactrienne cible.

Certains phages sont virulents ou lytiques, c'est--dire qu'aussitt qu'ils infectent une cellule, la rplication dmarre, de nouveaux virions sont assembls et produit et, dans un court laps de temps, des protines virales provoquent la lyse de la cellule hte et la libration de nombreux nouveaux phages. Le microbiologiste Mark

Mller a dit

: Les bactries ne meurent pas, elles

explosent en multiples phages.

Certains bactriophages (appels phages temprs) peuvent demeurer dans un tat

quiescent en intgrant leur matriel gntique l'ADN de la bactrie. On parle alors deprovirus ou de prophage, c'est dire un virus dont le matriel gntique est intgr au gnome de l'hte. Ces phages endognes, sont copis chaque division cellulaire avec l'ensemble de l'ADN de la bactrie, que l'on qualifie alors de lysogne. Pendant cette phase de latence, l'expression des gnes cods par le gnome du phage est en gnral rprime par une protine rpresseur. Dans certaines conditions, en particulier en cas de carence ou de stress, le prophage sort de sont tat quiescent et active son cycle rplicatif.

Il s'excise du gnome de l'hte et entre dans un cycle lytique, comme ci-dessus. Parfois,les prophages apportent quelque chose la relation bactrie-phage quand la cellule est en dormance, en ajoutant de nouvelles fonctions au gnome de la bactrie, un phnomne appel conversion lysogne. Un exemple connu est l'inoffensive bactrie Vibrio qui, quand elle est lysognise par un phage, cause le cholra.

Certains phages ne provoquent pas la lyse de la cellule infecte, mais bourgeonnent la membrane bactrienne, sans la rompre. C'est le cas des phages filamenteux comme M13 ou f1 d'Escherichia coli. La cellule infecte devient alors une usine produire du phage de manire continue.

Comme les phages peuvent porter dans leur gnome des gnes accessoires leur cycle de vie, ils participent aux transferts horizontaux de gnes entre populations bactriennes. C'est la transduction.

Lorsque ces gnes accessoires codent des facteurs devirulence, la bactrie infecte voit son pouvoir pathogne augment cest le phnomne de

conversion lysognique .

Un exemple bien connu est celui des gnes des toxines Stx des Escherichia Coli entrohmorragiques (EHEC). Ces gnes stx sont localises dans des squences de bactriophages lambdodes intgrs dans le chromosome. Les EHEC auraient donc merg par conversion lysognique. On connat de nombreux autres exemples de ce type, comme la toxine cholrique de Vibrio cholerae qui est porte par le phage CTX.

Les phages ont permis l'essor de la biologie molculaire Le phage S-PM2

Dans les annes 1960, des recherches de pointe menes sur les mcanismes hte/phage par des physiologistes amricains, Max Delbrck, Alfred Hershey et Salvador Luria, valurent ces chercheurs le prix Nobel de mdecine-physiologie en 1969.

L'tude des phages a des implications importantes en mdecine et en gntique, en particulier pour la comprhension des infections virales, des anomalies gntiques, de l'embryologie humaine, des causes du cancer et de la rsistance des bactries aux antibiotiques.

Les phages sont utiliss de multiples manires dans la biologie molculaire. Ils sont utiliss comme vecteurs de clonage pour insrer de l'ADN dans les bactries. La mthode du phage display est une mthode qui permet la slection d'un peptide grce sa prsentation sur la surface de phages. Le phage display constitue une catgorie de phage permettant la construction

de banques d'ADN ou d'ADN complmentaire. Les 2 principaux phagesutiliss dans cette technique sont les phages M13 (phage filamenteux) et lambda qui infectent tous les 2 E.Coli. Prenons l'exemple du phage M13 qui

est un phage filamenteux capable d'infecter uniquement les bactries gram () ayant incorpor le facteur F et dont l'infection conduit la lysognie. Sa capside contient, entre autres, les protines P8 et P3 ncessaire pour la liaison du bactriophage la bactrie via les pilis sexuels.

Le squenage d'un gnome ne se fait pas d'un seul coup, mais petit petit sur des fragments de gnomes. Pour cela ces fragments d'ADN doivent tre stocks et multiplis dans des organismes servant de banque d'ADN. Les phages en tant que vecteurs de clonage le permettent.

Les phages dtruisent les bactries en s'y reproduisant massivement, on peut donc les utiliser dans la lutte contre les bactries rsistantes aux antibiotiques. On parle donc de phagothrapie. Les bactriophage ont t dcouvert avant les antibiotiques mais ce sont ces derniers qui ont t retenu en tant que thrapie anti bactrienne car ce sont des molcules inertes clairement dfinies et pour lesquels on maitrise parfaitement les mthodes de prparation contrairement aux bactriophages qui sont eux des tres vivants. Mais aujourd'hui les phages reviennent de plus en plus au devant de la scne justement cause du dveloppement important de rsistances bactriennes face aux antibiotiques.

En ex-URSS et plus particulirement en Gorgie et en Pologne, les phages sont utiliss pour traiter les infections bactriennes avec ou sans adjonction de traitement antibiotique. Dans de

nombreux cas, les phages sont aussi efficaces que les antibiotiques et souvent mme suprieurs,notamment dans les cas d'infections chroniques.

Nanmoins, il est parfois mis qu' l'instar des antibiotiques, ce traitement pourrait participer la slection de souches bactriennes rsistantes, faisant que l'on pourrait ventuellement

craindre terme que certaines bactries soient insensibilises certaines phagothrapies,comme l'antibiothrapie. Pour autant, ce raisonnement ne saurait interdire l'utilisation des "phages", auquel cas il faudrait galement abandonner les antibiotiques. En outre, bien qu'il soit partiellement fond, cet argument est relativiser du fait que les bactriophages co-voluent

naturellement de manire presque synchrone face aux rsistances des bactries, ce qui n'est pasle cas des antibiotiques. De ce fait, si leur utilisation est bien encadre, elle constitue une piste srieuse dans la dcouverte de traitements durables contre les infections bactriennes.

phage - lysogne phage T4 (169 170 kilopaires de bases, 200 nm de long)

phage T7phage R17 - Le prototype des phages ARN. L'un des virus les plus simples connus. phage M13 - Phagemid phage X174 - phage ADN simple brin, le premier

organisme dont le gnome aie t squenc.