Virus qui contiennent des bactéries avec un coup de main

Les scientifiques qui étudient les micro-organismes océaniques ont rencontré quelque chose qu'ils n'avaient jamais vu auparavant. Un virus marin qui laisse certaines bactéries photosynthétiques pénétrer à l'intérieur parce qu'il semble offrir un «coup de pouce» en apportant des ressources très semblables aux leurs pour les aider à acquérir du phosphore, un nutriment dont elles manquent désespérément. Une fois à l'intérieur, le virus utilise les ressources cellulaires de l'hôte pour se répliquer. Environ dix heures plus tard, les cellules hôtes explosent et relâchent la progéniture virale dans l'océan.
Qinglu Zeng et Sallie "Penny" W. Chisholm du Massachusetts Institute of Technology (MIT) aux États-Unis, écrivent sur leurs conclusions dans le numéro du 24 janvier de Biologie actuelle.
Au début, cela peut sembler être une vieille nouvelle: nous savons déjà que les virus envahissent les cellules hôtes et pillent leurs ressources pour se répliquer. Mais ce qui est nouveau dans cette découverte, c'est que le virus ou le phage transporte du matériel génétique, coopté par des hôtes antérieurs, qui pousse le nouvel hôte à utiliser ses propres machines pour activer les gènes qui sèment sa destruction.
Parce que les bactéries vivent dans une région de l'océan pauvre en phosphore, elles sont stressées, le phosphore est vital pour elles. Cela met leur machinerie de collecte du phosphore à un niveau élevé et c'est ce nouvel engin que le virus semble détecter et inciter les bactéries à accepter l'offre d'un «coup de pouce» de gènes bactériens presque identiques à ceux de l'hôte approché. Avec les gènes nouvellement acquis, l'hôte peut alors rassembler davantage de phosphore.
Ce processus n'a jamais été signalé auparavant dans une relation virus-bactéries.
"Il s’agit de la première démonstration d’un virus de toute sorte - même ceux qui ont fait l’objet de nombreuses recherches biomédicales - exploitant ce type de mécanisme de régulation dans une cellule hôte", a déclaré M. Chisholm à la presse.
Chisholm, professeur de génie civil et environnemental (CEE) et de biologie au MIT, a déclaré que le processus avait «évolué en réponse aux pressions extrêmes de sélection de la limitation du phosphore dans de nombreuses parties des océans mondiaux».
Pour leur étude, les auteurs ont utilisé Prochlorococcus et son proche parent, Synechococcus. Entre elles, ces deux bactéries produisent environ un sixième de l'oxygène de l'atmosphère terrestre. Ils sont abondants dans l'eau de mer.
Les virus qui les attaquent sont appelés cyanophages: ils sont encore plus abondants.
Le mécanisme bactérien sur lequel les chercheurs se sont concentrés est le système de régulation à deux composants qui permet au microbe de détecter et de réagir à ce qui se passe autour de lui. Le système incite l'organisme à fabriquer des protéines supplémentaires qui se lient au phosphore et le transportent dans la cellule.
Le virus ou le phage a acquis un gène qui code pour cette même protéine.
Zeng a déclaré que le phage et son hôte bactérien possèdent les gènes qui codent pour les protéines qui se lient au phosphore et le transportent dans la cellule. Dans leur étude, ils ont découvert que le système de régulation à deux composants de l’hôte pouvait les réguler.
"Le côté positif de l'infection bactérienne est qu'ils obtiendront plus de liants phosphorés du phage et peut-être plus de phosphore, bien que les bactéries meurent et que le phage utilise le phosphore à ses propres fins", a déclaré Zeng.
Les auteurs suggèrent que leurs résultats indiquent que le phage et la bactérie hôte ont évolué côte à côte.
David Shub est professeur de sciences biologiques à l'Université d'État de New York à Albany et n'a pas participé à l'étude. Il a déclaré que les virus ont pris des gènes pour une voie métabolique à partir de leurs cellules hôtes et que les auteurs ont:
"... ont montré que ces gènes viraux particuliers sont régulés par la quantité de phosphate dans leur environnement et qu'ils utilisent également les protéines régulatrices déjà présentes dans leurs cellules hôtes au moment de l'infection. La signification de cet article est la révélation d'un interrelation évolutive entre cette bactérie particulière et les virus qui cherchent à la détruire. "
Chisholm a déclaré que leurs découvertes étaient une preuve supplémentaire de "l'incroyable intimité de la relation entre le phage et l'hôte".
Elle et ses collègues envisagent maintenant d'explorer les fonctions d'autres gènes que les phages se sont appropriés à partir des cellules hôtes. Cela pourrait donner des indications supplémentaires sur les pressions sélectives qui déterminent ces interactions entre les phages et les hôtes dans les océans ouverts.
"La plupart de nos connaissances sur les phages et les bactéries proviennent de micro-organismes modèles utilisés dans la recherche biomédicale. L’environnement du corps humain est radicalement différent de celui des océans, et ces phages océaniques ont beaucoup à nous apprendre sur les processus biologiques fondamentaux. "dit Chisholm.
Les fonds de la Fondation Gordon et Betty Moore, du programme CMORE de la National Science Foundation et du programme d'océanographie biologique et du Département américain de l'énergie ont permis de financer cette étude.
Écrit par Catharine Paddock PhD

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