Histoire de la découverte et visualisation
Le terme vient du grec phagos — qui mange. La lyse spontanée (destruction) des bactéries de la fièvre charbonneuse a été observée pour la première fois par le scientifique russe N.F. Gamaleïa en 1898. Plus tard, en 1915, l'Anglais F. Twort a décrit la capacité d'un filtrat à dissoudre une culture de staphylocoques.
Une contribution clé a été apportée par le Français F. d'Hérelle (1917) : il a isolé l'agent lytique à partir des selles de patients atteints de dysenterie, a démontré sa nature virale et a introduit le terme « bactériophage ».
Macroscopiquement, l'action des phages est très caractéristique :
- En milieu liquide : la culture bactérienne trouble s'éclaircit complètement.
- En milieu solide : lors de l'ensemencement du phage sur un « gazon » bactérien confluent, des taches rondes et stérilets se forment, appelées colonies négatives ou « plaques ».
Morphologie et structure des phages complexes
Selon leur forme, les phages sont classés en petits cubiques, filamenteux et spermatozoïdes. Les plus étudiés sont les grands phages de forme spermatozoïde (par exemple, les coliphages de la série T). Leur structure comprend trois parties principales :
- Tête. Présente un type de symétrie icosaédrique (cubique), mesurant 65–100 nm. Elle est constituée d'une capside protéique à l'intérieur de laquelle est étroitement empaquetée une molécule d'acide nucléique (le plus souvent de l'ADN bicaténaire circulaire). Une protéine de type histone s'y trouve également pour la surenroulement de l'ADN.
- Queue (appendice caudal). Longue de plus de 100 nm. Elle contient en son centre un axe tubulaire creux, entouré à l'extérieur d'une gaine contractile (contenant de l'ATP et des ions calcium).
- Appareil basal. Partie distale comportant une plaque hexagonale, des spicules et de longues fibres s'étendant à partir de celle-ci — le tout étant nécessaire pour l'attachement à la bactérie. Il contient également l'enzyme lysozyme pour la dissolution locale de la paroi cellulaire.
Cycle de vie des bactériophages virulents
Les phages virulents provoquent une infection productive qui se solde inévitablement par la mort de la bactérie. Le processus, qui prend 20 à 40 minutes, se déroule en plusieurs étapes :
- Adsorption. Le phage se fixe par ses fibres aux récepteurs spécifiques de la cellule (lipopolysaccharides, acides teichoïques, pili).
- Injection (pénétration). La gaine de la queue se contracte, le lysozyme dissout une portion de la paroi et l'axe creux perfore les enveloppes. Le génome du phages est ainsi injecté dans le cytoplasme. L'« ombre » protéique du phage (capside) reste quant à elle à l'extérieur.
- Réplication. L'ADN ou l'ARN injecté bloque la synthèse des propres substances de la cellule. La bactérie commence à fabriquer les composants du virus.
- Assemblage (auto-assemblage). Les têtes vides sont remplies d'acide nucléique, puis les queues y sont rattachées.
- Libération. En raison de la modification de la pression osmotique et de l'action du lysozyme phagique, l'enveloppe bactérienne se rompt et 200 à 300 nouveaux virions sont libérés.
Spécificité et applications en médecine
L'interaction entre le phage et la bactérie est strictement spécifique. On distingue selon ce critère les phages polyvalents (qui infectent des espèces apparentées), monovalents (une seule espèce) et typiques (certains variants d'une même espèce).
Cette forte spécificité a trouvé des applications dans trois domaines de la médecine :
- Diagnostic (phagotypage) : permet d'identifier précisément l'espèce ou le type d'agent pathogène par sa sensibilité à des phages diagnostiques de référence.
- Thérapie : administration orale ou locale de préparations pour traiter des infections bactériennes (par exemple, en chirurgie purulente, choléra, dysenterie). L'évaluation de l'efficacité thérapeutique est considérée comme modérée.
- Prophylaxie : utilisation lors d'épidémies pour bloquer la propagation de l'infection.
Les préparations phagiques sont produites par culture de bactéries avec des phages, suivie de l'isolement du filtrat, dont l'activité est titrée sur des souches sensibles.
En bref : réponses aux questions sur le sujet
Quelle est la différence entre le cycle de vie d'un bactériophage virulent et celui d'un phage tempéré ?
Le cycle de vie des bactériophages virulents et tempérés diffère par les voies possibles de développement de l'infection.
| Caractéristique | Bactériophage virulent | Bactériophage tempéré |
|---|---|---|
| Type d'infection | Productif uniquement (cycle lytique) | Productif ou intégratif (cycle lysogénique) |
| Interaction avec le génome | Ne s'intègre pas | L'ADN du phage s'intègre dans le chromosome bactérien (forme un prophage) |
| Devenir pour la cellule | Lyse obligatoire (mort) de la bactérie | Lyse (en cas de type productif) ou cohabitation et division conjointe avec le prophage |
Quels types d'acides nucléiques peuvent constituer le génome des bactériophages ?
Le génome des bactériophages peut être constitué de divers variants de molécules d'ADN et d'ARN.
- À ADN — type prédominant, contenant le plus souvent de l'ADN bicaténaire circulaire. On trouve également des formes monocaténaires.
- À ARN — contiennent des molécules d'ARN (par exemple, ARN-plus).
Les acides nucléiques des phages peuvent présenter une structure monocaténaire ou bicaténaire, et être de forme linéaire ou circulaire.
Qu'est-ce que la conversion phagique (lysogénique) et comment affecte-t-elle les propriétés des bactéries ?
La conversion phagique (lysogénique) est l'acquisition par la cellule bactérienne de nouvelles propriétés biologiques sous l'influence du génome du prophage intégré.
Elle peut modifier :
- les propriétés morphologiques ;
- les propriétés culturales ;
- les propriétés biochimiques (enzymatiques) ;
- les propriétés antigéniques.
Par exemple, Corynebacterium diphtheriae ne produit l'exotoxine diphtérique qu'en présence d'un prophage spécifique. Les souches non toxigènes de streptocoques peuvent acquérir la capacité de produire des toxines érythrogènes lors du transfert des gènes correspondants par des bactériophages spécifiques.
Les degrés de spécificité des phages se mémorisent facilement grâce à l'acronyme PMT : Polyvalents, Monovalents, Typiques (du spectre le plus large au plus restreint).
Questions des cours et des examens
Que se passe-t-il lors du type d'interaction abortif ?
Dans le type abortif, le phage pénètre dans la bactérie, mais la progéniture phagique ne se forme pas pour une raison quelconque. Par conséquent, la cellule bactérienne survive.
Comment le bactériophages détruit-il la paroi cellulaire lors de la pénétration ?
La partie distale de la queue contient l'enzyme lysozyme. Lors du contact, elle dissout localement le peptidoglycane de la paroi cellulaire de la bactérie, permettant à l'axe de perforer les membranes.
Quelle est la résistance des bactériophages dans le milieu extérieur ?
Ils sont nettement plus résistants que la plupart des virus humains. Les phages tolèrent très bien les basses températures et la dessiccation, mais sont rapidement détruits par l'ébullition, l'action du formol, des acides et des radiations.
À étudier également sur le sujet
- Mécanismes de pénétration des petits phages cubiques et filamenteux
- Appareil génétique des bactériophages : variantes de structure des acides nucléiques
- Structure antigénique des phages et principe de division en sérotypes
- Particularités du type d'interaction intégratif (lysogénie)
- Méthodes de titrage et d'évaluation de l'activité des préparations de phages
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