Ces virus sont appelés bactériophages – littéralement, mangeurs de bactéries – et de phages pour faire court. Alors que les phages existent depuis longtemps, ces nouveaux phages sont surprenants en termes de taille et de systèmes biologiquement complexes. Beaucoup de leurs gènes se trouvent généralement dans des bactéries et sont utilisés pour attaquer leurs bactéries hôtes.
Où les scientifiques ont-ils trouvé ces rares énormes phages ? Ils se sont penchés sur une vaste base de données de séquences d'ADN obtenues à partir d'un large éventail d'environnements sur terre. Ces près de 30 microbiomes couvraient le spectre d'une source chaude au Tibet, à travers des bioréacteurs en Afrique du Sud, à l'intestin d'une femme portant un bébé dans son ventre. D'autres emplacements incluent des trous souterrains, océans, des lacs, et l'intestin d'un bébé prématuré.
La chercheuse Jill Banfield fait cela depuis plus d'une décennie et demie. Elle calcule les séquences de tous les morceaux d'ADN dans n'importe quel échantillon qu'elle obtient d'un endroit sur terre. Elle assemble ensuite les pièces du puzzle pour obtenir la séquence génomique.
Dans la plupart des cas, elle obtient un brouillon du génome, mais quelques-uns ont été confirmés comme étant les génomes de microbes entièrement nouveaux. Certains de ces microbes sont régulés par de minuscules génomes qui, En effet, semblent incapables de soutenir la vie de manière indépendante, et à la place dépendent entièrement d'autres formes de vie, à savoir, archées et bactéries.
Il y a un an, elle rapportait la découverte de gros phages, qu'elle a surnommé Lak phages, dans l'intestin et la bouche humaine. Ces phages mangent des bactéries dans la salive et l'intestin.
Dans le nouveau journal, elle rapporte l'isolement de plus de 350 très gros phages avec des génomes qui sont, à des longueurs de 200, 000 socles, quatre fois plus grand que la séquence génétique moyenne de n'importe quel bactériophage connu à ce jour (50 kb). Commentaires de Banfield, "Nous explorons les microbiomes de la Terre, et parfois des choses inattendues surgissent."
Le plus grand séquencé à ce jour a un génome qui s'étend sur un étonnant 735, 000 paires de bases, qui est environ 15 fois la taille du génome moyen du phage, et en fait, nettement plus gros que de nombreux génomes bactériens. Mais il pourrait y en avoir plus encore puisqu'ils n'ont séquencé que 175 de ces gros phages jusqu'à présent.
Représentation d'énormes phages (rouge, à gauche) et des phages normaux infectant une cellule bactérienne. L'énorme phage injecte son ADN dans la cellule hôte, où les protéines Cas - une partie du système immunitaire CRISPR que l'on ne trouve généralement que dans les bactéries et les archées - manipulent la réponse de la cellule hôte à d'autres virus. L'équipe de l'UC Berkeley n'a pas encore photographié d'énormes phages, donc tous sont représentés ressemblant au type de phage le plus courant, T4. Crédit d'image:Image de l'UC Berkeley avec l'aimable autorisation du laboratoire Jill Banfield Ces grands phages ont été classés en dix clades ou groupes. Chacun a été nommé "Big phage" bien qu'en utilisant des langues différentes, ou des mots différents dans la même langue. Les langues sont celles du pays d'origine des chercheurs. Il y a donc un clade Mahaphage, un Biggiephage, un Judaphage, un Kaempephage, un Dakhmphage, un Jabbarphage et un Kabirphage, ainsi qu'un Enormephage, Whopperphage, et clade Kyodaiphage - en sanskrit, anglais australien, Chinois, Danois, arabe (les trois suivants), Français, Anglais américain, et japonais !
Les gènes bactériens de ces phages contiennent des éléments CRISPR, des segments codant pour une protéine d'édition de gènes, qui sont utilisés par les bactéries pour résister aux attaques virales. Les scientifiques pensent que ces éléments sont destinés à faire partie du système CRISPR de l'hôte, permettant aux bactéries de résister à d'autres virus afin que ces gros phages puissent profiter de leur repas sans interruption. Un autre chercheur, Basem Al-Shayeb, explique que ces phages utilisent ce système pour leur propre bénéfice, « pour alimenter la guerre entre ces virus ».
Un autre élément fascinant dans l'un de ces nouveaux phages est une protéine qui joue le même rôle que la protéine Cas-9, partie intégrante de l'outil d'édition de gènes CRISPR-Cas9 largement utilisé, introduit pour la première fois par Doudna et Charpentier. Cette nouvelle protéine a été appelée CasØ – la lettre Ø, ou phi (en grec), est le symbole d'un phage. Cela fait partie de la famille Cas-12, mais ces phages ont également d'autres éléments bactériens CRISPR comme Cas-9, Cas-X, et les protéines Cas-Y.
Certains de ces phages ont également de très grands réseaux CRISPR. Il s'agit de la présence de puces composées de fragments d'ADN viral, des matrices de mémoire qui permettent la reconnaissance rapide d'une attaque répétée par l'un de ces virus. Cette, à son tour, déclenche des réactions instantanées de Cas, permettant un ciblage spécifique de ces virus.
Une autre découverte surprenante a été l'apparition de gènes codant pour des protéines ribosomiques. Le ribosome est l'organite cellulaire qui lit l'ARNm et l'utilise pour fabriquer des protéines spécifiques. Il s'agit de l'une des premières occurrences de gènes ribosomiques dans les virus.
Ils ont également trouvé des gènes qui codent pour les ARN de transfert, qui sont les molécules qui captent les bons acides aminés à incorporer dans la séquence protéique. Il existe des gènes régulateurs pour les ARNt, gènes pour activer le processus de synthèse des protéines, et même quelques segments ribosomiques. Ces gènes ne se trouvent que dans les formes de vie car ils ont à voir avec la fabrication de composants protéiques - ce qui est différent de ce que tout autre virus peut faire, et qui est une capacité qui épelle la vie.
L'enquêteur Rohan Sachdeva dit que c'est "l'une des principales caractéristiques qui séparent les virus et les bactéries, la non-vie et la vie. » Il appelle cela « brouiller un peu la ligne ».
Pourquoi ces gènes sont-ils là ? Les chercheurs pensent qu'ils pourraient être utilisés pour détourner les ribosomes afin de commencer à répliquer des protéines virales plutôt que bactériennes hôtes. Une autre découverte est la présence de codes génétiques alternatifs, ou l'utilisation de plus d'un code génétique pour désigner le même acide aminé. Cette caractéristique pourrait bien faire dérailler le ribosome bactérien et le tromper en lui faisant décoder l'ARN viral plutôt que le propre ARN de l'hôte.
La découverte de nouveaux outils utilisés dans la lutte entre bactéries et virus offre de nombreuses possibilités pour trouver de nouveaux outils d'édition de gènes. Beaucoup de nouveaux gènes doivent encore être explorés pour leurs fonctions, et il se pourrait bien que ces nouvelles protéines soient utiles dans diverses applications dans l'industrie, les sciences médicales, ou dans l'agriculture.
Il y a des dangers, trop. Les virus transfèrent des gènes d'une bactérie à une autre, dont certains pourraient être responsables de la résistance aux antibiotiques ou de la virulence (la capacité de provoquer une maladie). Cette propriété des phages nouvellement découverts pourrait signifier qu'il existe un risque de transfert de certains de ces gènes nocifs dans le microbiome humain, car les phages se produisent aux côtés des bactéries.
Étant donné que le nombre de gènes portés par ces grands phages est nettement plus élevé que les phages ordinaires, ils ont une plus grande capacité à se déplacer autour des gènes qui peuvent endommager d'autres cellules. À son tour, cela augmente le risque que certains de ces gènes soient acquis par des gènes de l'environnement humain.
Tout à fait, les chercheurs sont fascinés par la présence de phages avec d'énormes génomes dans une variété de microbiomes à travers la terre. La relation entre ces grands phages est interprétée comme signifiant qu'ils proviennent d'une ancienne famille de virus à grand génome.
Dit Banfield, "Avoir de grands génomes est une stratégie efficace pour l'existence. Ces virus de bactéries font partie de la biologie, d'entités répliquantes, dont on sait très peu de choses."
Assez vrai. Ces phages sont d'une taille qui les fait s'adapter quelque part dans l'espace entre les archées (les premiers parents des bactéries), et des phages ordinaires qui ressemblent à des êtres non vivants. Banfield les décrit comme "des stratégies d'existence réussies qui sont des hybrides entre ce que nous considérons comme des virus traditionnels et des organismes vivants traditionnels".
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