Les scientifiques ont découvert que certains virus peuvent délibérément générer une diversité génétique pour échapper aux défenses bactériennes, offrant ainsi un nouvel indice potentiel pour développer des traitements lorsque les antibiotiques échouent.
Les virus qui ciblent et tuent sélectivement les bactéries – également appelés bactériophages ou simplement phages – infectent les bactéries mais laissent les cellules humaines tranquilles. Une fois attachés à une cellule bactérienne, ils injectent leur matériel génétique, détournent la machinerie cellulaire et la forcent à produire de nouveaux phages jusqu’à ce que la bactérie éclate.
Le problème est que les bactéries peuvent développer des défenses contre les phages, tout comme elles développent une résistance aux antibiotiques.
La nouvelle recherche suggère que les phages ont leur propre contre-mesure évolutive.
Certains virus vivant dans l’intestin humain peuvent rapidement générer des variations génétiques parmi leur progéniture, augmentant ainsi les chances qu’au moins certains survivent lorsque les bactéries ripostent, selon l’étude publiée jeudi dans Nature Microbiology.
Cette découverte pourrait ouvrir une nouvelle voie dans la recherche d’alternatives aux antibiotiques, alors que les infections résistantes aux médicaments deviennent plus difficiles à traiter.
Des chercheurs de la Michigan State University ont identifié des régions auparavant sous-estimées du génome des bactériophages qui agissent comme des « points chauds » génétiques, permettant aux virus de modifier de manière répétée des gènes clés au fur et à mesure de leur réplication.
Cela suggère que ces régions aident les phages à couvrir leurs paris évolutifs contre les défenses bactériennes. Plutôt que de produire une population de virus génétiquement identiques, ils génèrent une collection diversifiée de descendants présentant des caractéristiques différentes, augmentant ainsi les chances que certains puissent continuer à infecter et à tuer leurs hôtes bactériens.
« Cela change notre compréhension de la façon dont les phages évoluent », a déclaré le co-auteur Chris Waters, membre du corps professoral du programme d’écologie, d’évolution et de comportement de la Michigan State University. « Au lieu de détourner leurs hôtes pour produire en masse des copies exactes d’eux-mêmes, ils utilisent en fait ces points chauds de mutation pour créer un zoo », a-t-il déclaré, ajoutant que les phages « couvrent essentiellement leurs paris ».
Une échappatoire génétique
Les chercheurs ont étudié le bactériophage T2, qui infecte E. coli, après avoir examiné un système de défense bactérien capable de reconnaître et de détruire l’ADN du phage envahisseur.
L’équipe a transféré le système de défense dans E. coli en laboratoire et a exposé la bactérie à des phages.
La protection n’a pas duré.
En quelques heures, les phages ont commencé à vaincre les défenses bactériennes.
« En quelques heures, les phages commençaient toujours à gagner », a déclaré Waters. « Nous ne comprenions pas pourquoi », a-t-il ajouté.
Lorsque les chercheurs ont séquencé les virus résistants, ils ont découvert des mutations répétées dans un gène appelé agt, en particulier dans une séquence d’ADN répétitive. « Quand j’ai vu les données, j’ai pensé, oh mon Dieu », a déclaré Waters.
Cette séquence s’est avérée être ce que les scientifiques appellent un locus de contingence – une région hautement mutable où la machinerie de copie de l’ADN peut glisser lors de la réplication de séquences répétées.
Le résultat est une mutation réversible qui peut modifier la façon dont les instructions du gène sont lues.
Certains phages obtiennent une répétition supplémentaire ; d’autres en perdent un. Le résultat est une population contenant différentes versions du virus, potentiellement dotées de différentes capacités à échapper aux défenses bactériennes.
Les chercheurs ont découvert que ces régions répétitives accumulaient des mutations des milliers de fois plus rapidement que le reste du génome du phage.
Et le mécanisme ne se limite pas à un seul virus.
En utilisant l’évolution expérimentale et le séquençage du génome, les chercheurs ont trouvé des locus de contingence similaires dans le phage T4 d’E. coli. Ils ont également constaté que les répétitions de séquences simples étaient répandues dans divers phages d’E. coli, bien que leur abondance variait entre les gènes ayant des fonctions différentes.
Cela pourrait-il aider à traiter les superbactéries ?
Cette recherche intervient alors que les scientifiques et les décideurs politiques recherchent des alternatives aux antibiotiques.
La phagothérapie n’est pas nouvelle. Les phages ont été utilisés en thérapeutique dès les années 1920 pour traiter les infections bactériennes, mais l’intérêt pour cette approche a décliné après que des antibiotiques tels que la pénicilline soient devenus largement disponibles.
Aujourd’hui, la montée de la résistance aux antimicrobiens a ravivé l’intérêt.
L’attrait réside en partie dans la spécificité. Alors que de nombreux antibiotiques peuvent tuer les bactéries bénéfiques ainsi que l’agent pathogène qu’ils ciblent, les phages individuels peuvent être très sélectifs pour des espèces ou souches bactériennes particulières.
Mais cette spécificité est aussi une faiblesse : les bactéries peuvent développer une résistance à un phage, rendant potentiellement un traitement inefficace.
Les découvertes de l’État du Michigan suggèrent la possibilité que les scientifiques pourraient éventuellement exploiter les propres stratégies évolutives des virus pour rendre les traitements phagiques plus résilients.
« Si nous parvenons à exploiter ce genre d’astuces évolutives, nous pourrions être en mesure de créer des thérapies phagiques plus efficaces en réponse à la crise de la résistance aux antibiotiques », a déclaré Waters.
« Nous ne pourrons jamais nous débarrasser complètement de la résistance », a-t-il ajouté. « Mais si nous pouvons mieux comprendre comment les bactéries se protègent contre l’infection par les phages et comment les phages ripostent, nous pourrons peut-être la minimiser. »
