J.P. Euzéby : Abrégé de Bactériologie Générale et Médicale à l'usage des étudiants de l'Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse
 

Bactériologie Générale
Bactériologie Médicale

Autres sites Web : List of Prokaryotic Names with Standing in Nomenclature - Dictionnaire de Bactériologie Vétérinaire - SBSV
 

Bactériophages, transduction et conversion lysogénique

Note : L'International Committee on Taxonomy of Viruses utilise des italiques pour les noms des bactériophages officiellement acceptés et ce comité préconise l'usage des caractères romains pour les noms des bactériophages non officiellement acceptés, les noms des sous-espèces, les noms des sérovars, ... Dans le document présenté ci-dessous ces recommandations seront respectées.

Introduction

Les bactériophages ou phages sont des virus infectant les bactéries. Comme tous les virus, ils se caractérisent par la possession d'un seul acide nucléique et par un parasitisme intracellulaire obligatoire.

Les bactériophages ont été découverts par Frederick Twort en 1915. Cet auteur avait remarqué que des colonies de microcoques prenaient parfois un aspect vitreux, dû à une destruction des cellules bactériennes, et que cette caractéristique était transmissible à des colonies normales par simple contact.
En 1917, Félix d'Herelle fit une observation similaire en découvrant dans les selles de malades atteints de dysenterie bacillaire un agent infectieux capable de détruire spécifiquement des cultures de Shigella dysenteriae.

Pratiquement toutes les espèces bactériennes peuvent être infectées par des phages spécifiques si bien qu'ils sont présents dans le sol, dans l'eau, sur les plantes, dans les cavités naturelles de l'homme et des animaux, dans les aliments, etc. Les bactériophages sont considérés comme étant plus nombreux dans la biosphère que n'importe quel autre groupe d'organismes, procaryotes inclus. Dans les eaux littorales, on trouve plus de 10⁶ phages par millilitre et on estime à environ 10³⁰ virions la population totale des bactériophages classés dans l'ordre des Caudovirales (Cf. infra).

Classification, morphologie et structure

Comme tous les virus, les phages sont classés en fonction de la nature de leur acide nucléique et de leur structure (type de symétrie, présence ou absence d'une enveloppe). Les principales familles de bactériophages sont présentées dans l'annexe 1.

Les phages classés dans l'ordre des Caudovirales sont les plus nombreux (plus de 80 p. cent des bactériophages connus) et ils présentent une symétrie originale qualifiée de binaire (voir schéma 1). Les virions sont constitués d'une tête à symétrie cubique renfermant l'ADN et d'une queue à symétrie hélicoïdale. La queue est constituée d'un cylindre central creux communiquant avec la tête et son extrémité distale présente une plaque terminale, pourvue de fibres caudales et de crochets. Le génome est non segmenté et il est constitué d'une molécule d'ADN bicaténaire et linéaire.
. Les représentants de la famille des Myoviridae ont une queue longue (environ 100 nm) et ils possèdent une gaine contractile entourant le cylindre central de la queue ce qui leur permet d'injecter leur ADN dans la cellule bactérienne. Certains de ces virus sont très bien connus. C'est le cas des phages T2 (Enterobacteria phage T2), T4 (Enterobacteria phage T4), T6 (Enterobacteria phage T6) et Mu (Enterobacteria phage Mu).
. Les Siphoviridae ont une queue longue (environ 100 nm) et non contractile. Sont classés au sein de cette famille, les phages T1 (Enterobacteria phage T1), T5 (Enterobacteria phage T5) et λ (Enterobacteria phage λ).
. Les Podoviridae ont une queue courte (environ 20 nm) et non contractile. Les bactériophages T3 (Enterobacteria phage T3), T7 (Enterobacteria phage T7) et P22 (Enterobacteria phage P22) sont quelques exemples de virus classés dans cette famille.

Les représentants de la famille des Plasmaviridae (infectant les bactéries du genre Acholeplasma) se caractérisent par l'absence d'une véritable capside.

Réplication

Un contact phage-bactérie peut donner lieu à trois éventualités :
. La bactérie résiste à l'infection. Cette résistance résulte soit de l'absence de récepteurs permettant la fixation du phage soit de la présence d'enzymes de restriction capables de dégrader l'acide nucléique phagique.
. Le phage ou uniquement son acide nucléique pénètre dans la bactérie et le phage se multiplie à l'intérieur de la cellule bactérienne. Le cycle est productif et le phage est qualifié de virulent (voir schéma 2). Selon les bactériophages, le cycle productif peut ou non conduire à une lyse de la bactérie.
. Le phage ou uniquement son acide nucléique pénètre dans la bactérie et l'acide nucléique phagique s'intègre dans le génome bactérien où il persiste à l'état latent sous forme de prophage. Le cycle est qualifié de lysogénique et le bactériophage est appelé phage tempéré (voir schéma 3).

Étapes préliminaires (voir schéma 2)

Les étapes préliminaires, adsorption et pénétration, sont communes au cycle productif et au cycle lysogénique.

La rencontre d'un phage et d'une bactérie se fait au hasard et sa probabilité dépend du nombre de bactéries et de phages. Le phage se fixe sur des récepteurs spécifiques de la bactérie présents soit sur la paroi (lipo-polysaccharide, protéines, acides téchoïques), soit sur la membrane cellulaire (bactéries appartenant à la classe des Mollicutes), soit sur les flagelles, soit sur les pili communs soit sur les pili sexuels. Dans ce dernier cas, les phages, sont qualifiés de anti-mâles. C'est le cas des phages classés dans la famille des Leviviridae.

Pour les phages de l'ordre des Caudovirales, la fixation fait intervenir une fibre de la queue qui se lie à un récepteur de la paroi. Très rapidement les autres fibres se fixent sur le récepteur ce qui arrime solidement le phage à la bactérie et permet la mise en contact de la plaque terminale avec la paroi bactérienne.

Pour que l'adsorption soit possible, il faut que les récepteurs phagiques et bactériens présentent une étroite spécificité l'un envers l'autre. Une bactérie n'est donc sensible qu'à un nombre limité de phages et un phage n'est généralement capable d'infecter qu'un nombre restreint de bactéries. Il existe toutefois des exceptions et le phage PRD1 (Enterobacteria phage PRD1, famille des Tectiviridae) peut infecter des espèces appartenant aux familles des Enterobacteriaceae, des Pseudomonadaceae et des Vibrionaceae.

La pénétration est variable selon les phages. Certains d'entre eux pénètrent en totalité dans la bactérie et l'acide nucléique n'est libéré qu'après désintégration de la capside. Pour d'autres bactériophages seul l'acide nucléique pénètre dans la cellule.
Dans le cas des Myoviridae, le lysozyme présent au niveau de la plaque terminale provoque une destruction du peptidoglycane et une perforation de la paroi. De manière concomitante, le contact entre la plaque terminale et la paroi provoque la contraction des anneaux protéiques de la gaine contractile ce qui conduit à une pénétration du canal central dans la bactérie. L'ADN double brin présent dans la tête du phage transite dans le tube central creux et il est injecté dans le cytoplasme bactérien. Le phage dépourvu d'ADN ne joue plus aucun rôle. Il peut rester fixé à la bactérie ou s'en décrocher.

Cycle productif (voir schéma 2)

L'infection de la cellule conduit à une réorganisation de l'activité métabolique et la machinerie cellulaire est détournée au seul profit des synthèses virales.

La réplication du phage T4 (Enterobacteria phage T4) nous servira de modèle pour la réplication des virus à ADN. Ce phage possède un ADN bicaténaire dans lequel l'hydroxyméthylcytosine remplace la cytosine.

La réplication de l'ADN et la synthèse des constituants viraux s'effectuent en quatre phases correspondant aux fonctions hyper-précoces, aux fonctions précoces, à la réplication de l'ADN phagique et aux fonctions tardives.
. Dans une première étape (fonctions hyper-précoces), une infime fraction de l'ADN phagique est transcrite par la transcriptase bactérienne, puis elle est traduite pour donner une sous-unité σ' qui remplace la sous-unité σ de la transcriptase bactérienne.
. La transcriptase bactérienne ainsi modifiée est capable de transcrire environ 20 p. cent du génome phagique. Cette phase précoce conduit (i) à la synthèse d'une désoxyribonucléase qui clive l'ADN bactérien, (ii) à la synthèse d'hydroxyméthylcytosine qui remplace la cytosine et protège l'ADN phagique de l'action des enzymes de restriction bactériennes et de la désoxyribonucléase d'origine phagique, (iii) à la synthèse d'une ADN polymérase ADN dépendante et (iv) à la synthèse d'une sous-unité σ'' qui remplace la une sous-unité σ' au sein de la transcriptase.
. Grâce à l'action de l'ADN polymérase ADN dépendante l'ADN phagique se réplique.
. La transcriptase bactérienne modifiée par la sous-unité σ'' est capable de transcrire environ 80 p. cent de l'ADN phagique. Au cours de cette phase tardive, seront synthétisés les protéines structurales, des protéines d'assemblage et du lysozyme.

La phase d'assemblage succède à la synthèse des protéines élaborées lors de la phase tardive. L'assemblage est un phénomène complexe et il existe trois "chaînes de montage" spécialisées dans l'assemblage de la tête, de la queue et des fibres. L'encapsidation de l'ADN s'effectue à la fin de l'assemblage des capsomères de la tête.
Les virions néoformés s'accumulent dans le cytoplasme et ils seront libérés à la suite d'une lyse de la cellule provoquée par le lysozyme d'origine phagique. Le cycle productif du phage T4 est donc un cycle lytique. La durée du cycle est d'environ 25 minutes.

Tous les cycles productifs ne sont pas lytiques. Les phages à ADN filamenteux, comme ceux classés dans la famille des Inoviridae, sont libérés par extrusion au travers des enveloppes bactériennes. La bactérie continue à se diviser en produisant des phages et on assiste à un véritable phénomène d'infection chronique.

Le phage MS2 (Enterobacteria phage MS2, famille des Leviviridae) nous servira de modèle pour l'étude de la réplication d'un phage à ARN. Le phage MS2 est un virus à ARN monocaténaire (3569 nucléotides), de polarité positive (l'ARN se comporte comme un ARN messager), non enveloppé, dépourvu de queue, à symétrie cubique et dont la capside est constituée de 32 capsomères.
Après adsorption sur les pili sexuels, l'ARN phagique pénètre dans le cytoplasme par un mécanisme mal élucidé. L'ARN possède quatre gènes : un gène code pour la protéine de capside, un gène code pour une protéine permettant l'attachement phage-récepteur, un gène code pour une ARN polymérase ARN dépendante (réplicase) et le quatrième gène code pour une protéine responsable de la lyse cellulaire.
Durant les premières minutes qui suivent l'infection on assiste à une synthèse importante de réplicase permettant la formation d'ARN bicaténaires (intermédiaires de réplication comparables à ceux qui se forment lors de la réplication des Picornaviridae), puis à la synthèse de multiples copies d'ARN à polarité positive qui pourront soit donner de nouveaux intermédiaires de réplication soit se comporter comme des ARNm et permettre la synthèse de protéines virales (Cf. la réplication des Picornaviridae).
L'assemblage des virions est observé une vingtaine de minutes après l'infection et il est suivi d'une phase de libération consécutive à la lyse de la cellule.

Cycle lysogénique (voir schéma 3)

Des bactériophages, appartenant tous à l'ordre des Caudovirales, sont appelés des phages tempérés. Ces phages peuvent établir avec les bactéries des rapports de longue durée, éventuellement réversibles, qualifiés de lysogénie. La bactérie est dite lysogène et le cycle de réplication phagique est appelé cycle lysogénique. Au cours de la lysogénie, l'ADN phagique est intégré au chromosome bactérien sous la forme d'un prophage incapable de se répliquer de façon autonome. La réplication du prophage est liée à celle du chromosome bactérien.

La lysogénie a été découverte avec le phage λ (Enterobacteria phage λ) infectant Escherichia coli. Le phage λ (famille des Siphoviridae) est constitué d'une tête et d'une queue non contractile. L'ADN phagique est un ADN bicaténaire, linéaire, possédant à ses extrémités des brins monocaténaires (12 nucléotides), dont les séquences en bases sont complémentaires ce qui permet des appariements. Ces séquences monocaténaires sont parfois dénommées bouts collants.

Après la pénétration du génome phagique dans le cytoplasme bactérien, l'ADN phagique se circularise grâce à l'appariement des bouts collants. Sous forme circulaire, l'ADN du phage λ s'intègre dans le chromosome bactérien, sans perte de matériel génétique. Cette intégration fait intervenir le gène int qui code pour une intégrase ainsi que des sites d'attachement (sites att) présents sur l'ADN phagique (att Φ) et sur l'ADN bactérien (att B). Le site att B est situé entre les opérons galactose (gal) et biotine (bio).
Sous forme intégrée, l'ADN phagique ou prophage perd ses capacités de réplication autonome, il se réplique en même temps que le chromosome bactérien et, lors de la division bactérienne, il est transmis aux cellules filles.
Le phage λ ne s'intègre qu'entre gal et bio, mais d'autres phages, comme le phage P2 (Enterobacteria phage P2, famille des Myoviridae) de Escherichia coli ou le phage P22 (Enterobacteria phage P22, famille des Podoviridae) des salmonelles, peuvent avoir plusieurs sites d'intégration. Le phage Mu-1 (Enterobacteria phage Mu-1, famille des Myoviridae) peut s'intégrer totalement au hasard sur une molécule d'ADN bactérien.

La lysogénie présente deux caractéristiques : (i) une absence d'expression des gènes phagiques impliqués dans le cycle productif et (ii) une protection vis-à-vis de l'infection par un phage homologue. Ces deux caractéristiques sont liées à la présence d'un répresseur.
Le répresseur est une protéine synthétisée par le bactériophage et qui se fixe sur des opérateurs viraux. Ce répresseur bloque la majorité des fonctions virales et seules quelques fonctions précoces sont conservées et peuvent s'exprimer dans la bactérie lysogène. Le répresseur peut être inactivé et cette inactivation permet l'expression du prophage et conduit à un cycle productif analogue à celui étudié pour le phage T4.
L'induction (ou passage d'un cycle lysogénique à un cycle productif) peut être spontanée ou induite. L'induction spontanée est rare. Selon le phage et la bactérie, elle se produit à une fréquence variant de 10^-2 (toutes les 100 divisions bactériennes) à 10^-6. La fréquence de l'induction est augmentée par les rayons UV, les rayons X, l'ypérite, l'éthylène-imine, des peroxydes organiques, etc. Ces agents inactivent le répresseur et permettent alors l'expression totale du génome phagique. Le gène xis permet la synthèse d'une excisase qui, associée à l'intégrase, inverse son processus et permet une excision. Le prophage est alors libéré et le cycle productif peut se dérouler normalement.
Une modalité particulière d'induction est obtenue en croisant une bactérie Hfr lysogène et une bactérie F^- non lysogène. Dans ces conditions, on n'obtient pas de recombinants car les bactéries F^- sont lysées. En effet, lorsque le prophage de la bactérie Hfr pénètre dans la bactérie F^-, dépourvue de répresseur, le prophage s'excise et déclenche un cycle productif. Cette induction provoquée par la conjugaison est appelée induction zygotique.

Le prophage apparaît donc comme un gène létal potentiel, existant à l'état réprimé chez une bactérie et transmissible à la descendance.

Conversion lysogénique

Les prophages, intégrés au génome bactérien, expriment quelques fonctions précoces susceptibles de modifier les propriétés de la bactérie hôte. Ce phénomène est connu sous le nom de conversion lysogénique.

Le premier exemple de conversion lysogénique a été mis en évidence chez Corynebacterium diphtheriae. Une souche de bacilles diphtériques ne produit de la toxine diphtérique que dans la mesure où elle héberge, à l'état de prophage, le phage tempéré β (Coryneforms phage β, famille des Siphoviridae). Il existe une interdépendance totale entre les caractères lysogène et toxinogène et une souche qui perd son prophage perd ses capacités à produire de la toxine.
D'autres toxines sont également codées par des prophages. C'est le cas de la toxine érythrogène de Streptococcus pyogenes (souches responsables de la scarlatine), de la staphylokinase et de l'entérotoxine A de Staphylococcus aureus, des toxines Stx (Shiga-like toxine ou verotoxine) des souches de Escherichia coli ou des neurotoxines C et D de Clostridium botulinum.

La conversion lysogénique peut aussi conduire à des modifications antigéniques bien connues chez les salmonelles. Ainsi, pour les sérovars des groupes O:2, O:4 et O:9 du schéma de Kauffmann-White, la spécificité antigénique O:1 est lié à la présence du prophage P22. La présence ou l'absence de la spécificité antigénique O:1 ne conduit cependant pas à un changement de nom du sérovar. Par exemple le nom de Typhimurium s'applique à des sérovars possédant ou non la spécificité O:1.
De même, dans le groupe E1, caractérisé par les antigènes O:3,10, la spécificité antigénique O:10 peut devenir O:15 lorsque la bactérie est lysogène pour le phage ε15. Une salmonelle possédant la spécificité O:15 peut acquérir la spécificité O:34 lorsqu'elle héberge le phage tempéré ε34.

Transduction

La transduction est un transfert de matériel génétique (ADN chromosomique ou extra-chromosomique) par des bactériophages dits transducteurs. Compte tenu de l'étroite spécificité existant entre les phages et les bactéries, ces transferts se font essentiellement entre bactéries appartenant à une même espèce ou appartenant à des espèces apparentées. Avec quelques phages, la transduction peut cependant se produire entre des souches bactériennes appartenant à des espèces phylogénétiquement éloignées (c'est le cas par exemple du phage PRD1 appartenant au genre Tectivirus).

La transduction a été découverte en 1951 (résultats publiés en 1952) par Zinder et Lederberg chez Salmonella Typhimurium. En 1992, Norton D. Zinder a publié un article fort intéressant* relatant la découverte de la transduction. Cet article est librement disponible sur Internet (http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=1205135&blobtype=pdf) et il peut être facilement consulté.
Très schématiquement, le protocole utilisé par Zinder et Lederberg est le suivant : une culture de la souche LT-2 de Salmonella Typhimurium (souche auxotrophe pour l'histidine) et une culture de la souche LT-22 de Salmonella Typhimurium (souche auxotrophe pour le tryptophane) sont placées chacune dans une branche d'un tube en U séparé à la base par une membrane en verre fritté qui interdit tout contact entre les deux souches bactériennes. Des bactéries prototrophes sont obtenues à une fréquence de 10^-5. Ces bactéries prototrophes appartiennent toujours à la souche LT-22  et aucune bactérie de la souche LT-2 ne devient prototrophe.
La fréquence d'apparition des prototrophes exclut une mutation. La présence d'un filtre en verre fritté élimine la possibilité d'une conjugaison. L'addition de DNase dans le milieu n'inhibe pas l'apparition des prototrophes ce qui exclut une transformation. La seule explication possible était celle d'un transfert génétique faisant intervenir de l'ADN sous une forme suffisamment petite pour traverser le verre fritté et sous une forme suffisamment protégée pour résister à la DNase. Des études complémentaires ont permis de montrer que le transfert était dû au phage P22 et que ce transfert pouvait être aboli par des anticorps neutralisants dirigés contre le phage P22.
Ultérieurement, la transduction a été observée chez de nombreuses bactéries à Gram négatif et à Gram positif.

Il existe deux types de transduction, une transduction généralisée et une transduction localisée, dont les mécanismes reposent sur l'existence des deux types de réplication (cycle productif et cycle lysogénique).

Transduction généralisée (voir schéma 4)

La transduction généralisée est due à des phages virulents. Lors du cycle productif, l'ADN bactérien peut être détruit par une désoxyribonucléase d'origine phagique. Au moment de la morphogénèse, un fragment d'ADN bactérien peut être encapsidé par erreur et venir remplacer l'ADN phagique. La taille du fragment d'ADN bactérien doit être proche de celle de l'ADN phagique et elle correspond à environ 1 pour cent du chromosome. Le phage ayant incorporé de l'ADN bactérien ne peut plus de répliquer (phage défectif), mais il peut transférer de l'ADN bactérien à une bactérie réceptrice (les étapes d'adsorption et de pénétration ne sont pas modifiées chez un phage défectif).
Cette transduction est qualifiée de généralisée ou de non spécifique car elle concerne tous les fragments d'ADN (chromosomique ou extra-chromosomique) pourvu que leur taille soit compatible avec une encapsidation.

Après le transfert d'ADN dans une bactérie réceptrice, deux modalités sont possibles.
. Le fragment d'ADN va s'intégrer par recombinaison homologue et toute la descendance de la bactérie réceptrice portera l'ADN transféré. On dit que la transduction est complète.
. Le fragment d'ADN reste libre, il ne sera pas répliqué, mais les gènes transmis sont fonctionnels et peuvent être exprimés. Lors de la multiplication bactérienne, seule une des deux cellules filles acquiert le fragment d'ADN transféré et, au cours des divisions successives, ce fragment sera peu à peu dilué. On dit que la transduction est abortive.

L'expérience de Zinder et Lederberg s'explique de la manière suivante :
La souche LT-22 est lysogénisée par le phage P22. Occasionnellement, le prophage s'excise et donne naissance à un cycle lytique. Les virions néoformés passent au travers du filtre et infectent les cellules de la souche LT-2. Pour cette souche, le phage P22 n'est pas lysogène, il se multiplie selon un cycle lytique et certains virions incorporent par erreur le gène permettant l'utilisation du tryptophane. Le passage du filtre en sens inverse permet à ces virions défectifs d'introduire ce gène dans la souche LT-22 qui devient alors prototrophe.

Transduction localisée (voir schéma 3)

La transduction localisée est réalisée par des phages tempérés. Elle ne correspond pas à une erreur d'encapsidation mais à une excision anormale du prophage. Lorsque le répresseur est inactivé, un cycle productif succède à un cycle lysogénique. Dans les conditions normales, l'ADN phagique est excisé dans son intégralité. Toutefois, avec une fréquence de l'ordre de 10^-6, l'excision est anormale et on obtient la libération d'une molécule d'ADN hybride constituée d'un fragment d'ADN phagique et d'un fragment d'ADN bactérien. Ce fragment d'ADN bactérien est adjacent à la zone d'intégration du prophage d'où le nom de transduction localisée.

Dans le cas du phage λ, seuls les gènes gal ou bio peuvent être transférés  et la transduction localisée est spécifique. Le phage transducteur λgal est un phage défectif, incapable d'initier un cycle productif. Le phage transducteur λbio ne peut plus accomplir un cycle lysogénique, mais il reste capable de donner un cycle productif.
Lorsque le phage possède plusieurs sites d'intégration (Enterobacteria phage P2, Enterobacteria phage P22, ...) la transduction localisée devient non spécifique.
Avec le phage Mu-1, qui peut s'intégrer totalement au hasard sur une molécule d'ADN bactérien, de nombreux gènes bactériens peuvent être transférés et la transduction localisée a des allures de transduction généralisée.

Conséquences et applications

Modèles d'étude

Du fait de leur simplicité structurale, les bactériophages ont servi de modèle d'études et ils ont permis de découvrir la plupart des notions fondamentales de la biologie moléculaire moderne (caractère discontinu de la réplication de l'ADN, enzymes de restriction, mécanismes de la régulation de l'expression des gènes, etc.).

Importance industrielle

Les bactériophages peuvent avoir des répercussions industrielles majeures pour les industries de fermentation qui utilisent des souches bactériennes (industries laitières, production d'antibiotiques, production de protéines eucaryotes, ...). Les phages peuvent en effet contaminer et détruire les souches bactériennes utilisées. L'application de mesures strictes de désinfection des locaux et de l'appareillage, ainsi que l'utilisation de souches résistantes aux phages permettent de prévenir ces risques.

Importance médicale

Les gènes responsables du pouvoir pathogène de certaines bactéries sont portés par des bactériophages. Voir ci-dessus la conversion lysogénique.

Des gènes de virulence ou de résistance a divers antibiotiques peuvent être disséminés par transduction. La transduction a ainsi permis à de nombreuses bactéries comme les Staphylococcus spp. et les Streptococcus spp. d'acquérir des gènes de résistance aux antibiotiques. Le phage PRD1 (Enterobacteria phage PRD1, famille des Tectiviridae) peut disséminer des gènes de résistance entre les Enterobacteriaceae, les Pseudomonadaceae et les Vibrionaceae.

Diagnostic

Les bactériophages ne sont présents dans un milieu que dans la mesure où celui-ci héberge des bactéries hôtes. La mise en évidence des bactériophages témoigne alors de la présence des bactéries. Ainsi, la mise en évidence dans un échantillon d'eau de bactériophages utilisant l'antigène Vi comme récepteur montre que l'eau est probablement contaminée par Salmonella Typhi.
La réaction d'augmentation du titre bactériophagique constitue une méthode indirecte de diagnostic. Elle consiste à introduire dans un échantillon un bactériophage spécifique de l'espèce bactérienne que l'on veut détecter. Ainsi, dans une eau susceptible d'être contaminée par Salmonella Typhi, on peut ajouter des bactériophages spécifiques de ce sérovar à un titre donné et rechercher ensuite si ce titre a augmenté. Une augmentation du titre ne peut se produire que dans la mesure où l'échantillon héberge Salmonella Typhi.
Ces deux méthodes de diagnostic sont simples, rapides et économiques, mais elles manquent de spécificité si bien qu'elles ne remplaceront certainement jamais les techniques bactériologiques usuelles.

Les bactériophages sont également utilisés dans l'identification bactérienne et quelques exemples en sont donnés ci-dessous
. Diagnostic de genre
Environ 96 p. cent de souches de Hafnia alvei sont sensibles au phage Hafnia alors que les autres entérobactéries sont résistantes. Le phage Salmonella O:1 de Félix et Callow est actif sur 85 à 98 p. cent des souches du genre Salmonella (il peut lyser quelques souches de Escherichia coli, mais il est inactif sur les souches de Hafnia alvei). Ces deux phages sont utilisés pour différencier les Hafnia spp. des Salmonella spp.
. Diagnostic d'espèce
L'utilisation du phage gamma permet de différencier Bacillus anthracis de Bacillus cereus, de Bacillus mycoides, de Bacillus thuringiensis et de Bacillus weihenstephanensis. En effet, seules les cultures de Bacillus anthracis sont lysées par ce phage.
Les phages Tbilisi (Tb), Weybridge (Wb), Firenze (Fi 75/13), Berkeley (Bk2), R (R/O, R/C), ... sont très utilisés pour le diagnostic des espèces et des biovars du genre Brucella.

Epidémiologie

La sensibilité aux bactériophages peut être variable selon les souches d'une même espèce. L'utilisation d'une série de phages convenablement choisis (lysotypie) permet de caractériser des lysovars. La lysotypie est une méthode très discriminante pour des études épidémiologiques et elle a été appliquée à l'études d'épidémies provoquées par Listeria monocytogenes, diverses salmonelles, Staphylococcus aureus, Vibrio cholerae, etc.
L'utilisation des techniques de biologie moléculaire a fait diminuer l'intérêt de la lysotypie pour des enquêtes épidémiologiques. Toutefois son coût est faible et la lysotypie reste utilisée lorsqu'il faut étudier un nombre élevé de souches.

Thérapeutique

Dès la découverte des bactériophages, d'Herelle les a employés pour traiter la dysenterie bacillaire. Pour cet auteur, la phagothérapie devait permettre de lutter contre de nombreuses maladies infectieuses et des essais ont été réalisés lors de fièvre typhoïde, de choléra, de peste, ou encore lors d'infections staphylococciques. Depuis l'arrivée des antibiotiques, les bactériophages n'ont été que rarement utilisés. Ce n'est qu'en Europe de l'Est et particulièrement en Russie que des chercheurs ont toujours pensé qu'ils représentaient une voie thérapeutique prometteuse. De nos jours, la résistance des bactéries aux antibiotiques fait à nouveau envisager leur utilisation.
La phagothérapie se heurte cependant à deux obstacles majeurs : (i) la sélection rapide de mutants résistants et (ii) l'apparition d'anticorps neutralisants entravant la phase d'adsorption.

Génétique moléculaire

Depuis longtemps, les phages sont utilisés comme vecteurs et amplificateurs de gènes. Des fragments d'ADN de sources diverses peuvent être intégrés dans le génome d'un bactériophage soit par insertion simple soit par délétion-remplacement. Les bactériophages ont ainsi permis l'obtention de banques d'ADN.

Plus récemment, des phages filamenteux à ADN monocaténaire circulaire sont utilisés pour présenter à leur surface, en fusion avec le domaine amino-terminal de leurs protéines, des molécules telles que des peptides, des fragments d'anticorps ou d'autres protéines. Cette technique (phage display) présente de multiples applications, mais son étude déborde du cadre de cette étude. Le lecteur intéressé pourra consulter sur Internet un article publié par la revue médecine/sciences (http://imgt.cines.fr/textes/PDF/MedecineSciences/14_300-309_1998.pdf).

AVIS JURIDIQUE IMPORTANT : Les informations qui figurent sur ce site sont soumises à une clause de non responsabilité et sont protégées par un copyright.

* : Outre son intérêt historique et scientifique, cet article apporte parfois des informations amusantes. Ainsi, en se livrant à une brève analyse d'un congrès tenu en 1951, Zinder écrit : "Lederberg gave a paper from our laboratory which I believe has won all competition for incomprehensibility. He spoke for more than six hours. ...".

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