Bien avant que les humains ne s’intéressent à tuer les bactéries, les virus étaient à l’œuvre. Les virus qui attaquent les bactéries, appelés « phages » (abréviation de bactériophage), ont été identifiés pour la première fois par leur capacité à créer des zones nues à la surface des plaques de culture qui seraient autrement recouvertes par une pelouse de bactéries. Après avoir joué un rôle essentiel dans le développement précoce de la biologie moléculaire, un certain nombre de phages ont été développés comme thérapies potentielles à utiliser lorsque la résistance aux antibiotiques limite l’efficacité des médecines traditionnelles.
Mais nous sommes relativement tardifs dans la transformation des phages en outils. Les chercheurs ont décrit un certain nombre de cas dans lesquels des bactéries ont conservé des morceaux de virus désactivés dans leur génome et les ont convertis en armes pouvant être utilisées pour tuer d’autres bactéries qui pourraient autrement rivaliser pour les ressources. Je viens tout juste de prendre conscience de cette militarisation, grâce à une nouvelle étude montrant que ce processus a contribué à maintenir des populations bactériennes diverses pendant des siècles.
Faire évoluer un tueur
Ces nouveaux travaux ont débuté lorsque les chercheurs étudiaient la population de bactéries associée à une plante poussant à l’état sauvage en Allemagne. La population comprenait divers membres du genre Pseudomonas, qui peuvent inclure des agents pathogènes des plantes. Normalement, lorsqu’une bactérie infecte une nouvelle victime, une seule souche se développe considérablement à mesure qu’elle exploite avec succès son hôte. Mais dans ce cas, le Pseudomonas La population contenait une variété de souches différentes qui semblaient maintenir une compétition stable.
Pour en savoir plus, les chercheurs ont obtenu plus de 1 500 génomes individuels de la population bactérienne. Plus de 99 pour cent de ces génomes contenaient des morceaux de virus, la souche bactérienne moyenne ayant deux morceaux distincts de virus cachés dans leur génome. Tous ces éléments comportaient des pièces manquantes par rapport à un virus fonctionnel, ce qui suggère qu’ils étaient le produit d’un virus qui s’était inséré dans le passé mais qui avait depuis subi des dommages qui les ont désactivés.
En soi, ce n’est pas choquant. De nombreux génomes (y compris le nôtre) contiennent de nombreux virus désactivés. Mais les bactéries ont tendance à éliminer assez rapidement l’ADN étranger de leur génome. Dans ce cas, une séquence virale particulière semblait remonter à l’ancêtre commun de nombreuses souches puisque toutes avaient le virus inséré au même endroit du génome, et toutes les instances de ce virus particulier avaient été désactivées en perdant le virus. même ensemble de gènes. Les chercheurs ont appelé cette séquence VC2.
De nombreux phages ont une structure stéréotypée : une grande « tête » qui contient leur matériel génétique, perchée au sommet d’une tige qui se termine par un ensemble de « pattes » qui aident à s’accrocher à leurs victimes bactériennes. Une fois que les pattes entrent en contact, une tige se contracte, une action qui favorise le transfert du génome du virus dans la cellule bactérienne. Dans le cas de VC2, toutes ses copies manquaient des gènes nécessaires à la production de la section de tête, ainsi que de tous les gènes nécessaires au traitement de son génome lors de l’infection.
Cela a amené les chercheurs à soupçonner que VC2 était ce qu’on appelle une « tailocine ». Il s’agit d’anciens phages qui ont été domestiqués par des bactéries afin de pouvoir nuire à leur potentielle compétition. Les bactéries contenant une tailocine peuvent produire des phages partiels constitués uniquement des pattes et de la tige. Ces tailocines peuvent toujours trouver et s’accrocher à d’autres bactéries, mais lorsque la tige se contracte, il n’y a pas de génome à injecter. Au lieu de cela, cela ouvre simplement un trou dans la membrane de leur victime, éliminant partiellement les limites de la cellule et permettant à une partie de son contenu de s’échapper, entraînant sa mort.
Une mêlée évolutive
Pour confirmer que la séquence VC2 code pour une tailocine, les chercheurs ont cultivé des bactéries contenant la séquence, en ont purifié les protéines et ont utilisé la microscopie électronique pour confirmer qu’elles contenaient des phages sans tête. En exposant d’autres bactéries à la tailocine, ils ont découvert que même si la souche qui la produisait était immunisée, de nombreuses autres souches poussant dans le même environnement étaient tuées par celle-ci. Lorsque l’équipe a supprimé les gènes codant pour des éléments clés de la tailocine, la tuerie a disparu.
Les chercheurs émettent l’hypothèse que le système est utilisé pour éliminer la concurrence potentielle, mais que de nombreuses souches ont développé une résistance à la tailocine.
Lorsque les chercheurs ont effectué un dépistage génétique pour identifier les mutants résistants, ils ont découvert que la résistance était assurée par des mutations qui interféraient avec la production de molécules de sucre complexes présentes sur les protéines qui se retrouvent à l’extérieur des cellules. Dans le même temps, la plupart des différences génétiques entre les gènes VC2 se produisent dans les protéines qui codent pour les jambes, qui s’accrochent à ces sucres.
Il semble donc que chaque souche bactérienne soit à la fois un agresseur et une victime, et il existe une course aux armements évolutive qui conduit à un ensemble complexe d’interactions par paires entre les souches – pensez à un jeu pierre/papier/ciseaux avec des dizaines d’options. Et la course aux armements a une histoire. En utilisant d’anciens échantillons, les chercheurs montrent que bon nombre des variations de ces gènes existent depuis au moins 200 ans.
Les compétitions évolutives sont souvent considérées comme un simple combat en tête-à-tête, probablement parce que c’est une manière simple d’y penser. Mais la réalité est que la plupart s’apparentent davantage à une bagarre chaotique dans un bar, où il est rare qu’une faction obtienne un avantage permanent.
Science, 2024. DOI : 10.1126/science.ado0713 (À propos des DOI).