Pour tuer la concurrence, les bactéries leur lancent des morceaux de virus morts

Bien avant que les humains ne s’intéressent à tuer les bactéries, les virus faisaient ce travail. Les virus qui attaquent les bactéries, appelés « phages » (abréviation de bactériophages), ont été reconnus pour la première fois par leur capacité à créer des zones nues à la surface de plaques de culture autrefois recouvertes d’un jardin de bactéries. Après avoir joué un rôle crucial dans le développement précoce de la biologie moléculaire, un certain nombre de phages ont été développés comme agents thérapeutiques potentiels à utiliser lorsque la résistance aux antibiotiques limite l’efficacité des médicaments conventionnels.

Mais nous sommes relativement en retard lorsqu’il s’agit de transformer les phages en outils. Les chercheurs ont décrit un certain nombre de cas dans lesquels des bactéries conservaient des fragments de virus inactivés dans leur génome et les transformaient en armes pouvant être utilisées pour tuer d’autres bactéries susceptibles d’être en compétition pour les ressources. Je viens de prendre conscience de cette utilisation militarisée, grâce à une nouvelle étude qui montre que ce processus a contribué à préserver diverses populations bactériennes pendant des siècles.

Une torsion meurtrière

Ces nouveaux travaux ont commencé lorsque les chercheurs étudiaient le nombre de bactéries associées à une plante poussant à l’état sauvage en Allemagne. La population comprenait divers membres du genre PseudoCe qui peut inclure des agents pathogènes des plantes. Normalement, lorsqu’une bactérie infecte une nouvelle victime, une souche se développe considérablement à mesure qu’elle exploite avec succès son hôte. Cependant, dans ce cas, Pseudo La population contenait une variété de races différentes qui semblaient maintenir une concurrence stable.

Pour en savoir plus, les chercheurs ont obtenu plus de 1 500 génomes individuels de la population bactérienne. Plus de 99 % de ces génomes contiennent des fragments du virus, la souche bactérienne moyenne ayant deux fragments distincts du virus latents 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 avait été introduit dans le passé mais qui avait depuis subi des dommages qui les ont inactivés.

En soi, cela n’est pas choquant. De nombreux génomes (dont le nôtre) contiennent de nombreux virus inactivés. Mais les bactéries ont tendance à éliminer très rapidement l’ADN étranger de leur génome. Dans ce cas, une séquence virale particulière semble remonter à l’ancêtre commun de plusieurs souches, car les virus ont tous été insérés dans le même emplacement génomique et toutes les instances de ce virus particulier ont été inactivées par la perte du commutateur. Le même ensemble de gènes. Les chercheurs ont nommé cette séquence VC2.

De nombreux phages ont une structure typique : une grosse « tête » contenant leur matériel génétique, reposant sur une tige qui se termine par un ensemble de « pattes » qui l’aident à s’accrocher à ses victimes bactériennes. Une fois que les jambes se touchent, la jambe se contracte, une action qui favorise le transfert du génome du virus dans la cellule bactérienne. Dans le cas de VC2, toutes ses copies étaient dépourvues des gènes nécessaires à la production de la section de tête, ainsi que de tous les gènes nécessaires au traitement de son propre génome lors de l’infection.

Cela a amené les chercheurs à soupçonner que VC2 était quelque chose appelé « tailocine ». Il s’agit d’anciens phages qui ont été domestiqués par des bactéries afin de pouvoir être utilisés pour nuire à des bactéries potentiellement compétitives. Les bactéries contenant de la thylosine peuvent produire des phages partiels constitués uniquement de pattes et de pattes. Ces tylosines peuvent toujours trouver et s’accrocher à d’autres bactéries, mais lorsque la tige se contracte, il n’y a plus de génome à injecter. Au lieu de cela, cela ouvre un trou dans la membrane de la victime, supprimant partiellement les limites de la cellule et permettant à une partie de son contenu de s’échapper, entraînant sa mort.

Mon évolution est gratuite pour tous

Pour confirmer que la séquence VC2 code pour la leucine, les chercheurs ont cultivé certaines 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 tylosine, 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 tylosine, la tuerie a disparu.

Les chercheurs émettent l’hypothèse que ce système est utilisé pour éliminer une concurrence potentielle, mais de nombreuses souches ont développé une résistance à la tylosine.

Lorsque les chercheurs ont effectué un dépistage génétique pour identifier les mutations résistantes, ils ont découvert que la résistance provenait de mutations qui interféraient avec la production de molécules de sucre complexes présentes dans les protéines qui se retrouvent à l’extérieur des cellules. Pendant ce temps, la plupart des différences génétiques entre les gènes VC2 se produisent dans les protéines qui codent pour les tiges, qui s’attachent 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 de pierre/papier/ciseaux avec des dizaines d’options. La course aux armements a une histoire. À l’aide d’échantillons anciens, les chercheurs ont montré que de nombreuses variantes de ces gènes existent depuis au moins 200 ans.

Les compétitions évolutionnistes sont souvent considérées comme une simple bataille entre deux personnes, peut-être parce que c’est une façon simple d’y penser. Mais la vérité est que la plupart d’entre elles s’apparentent davantage à une bagarre désordonnée dans un bar – où il est rare qu’une faction obtienne un avantage durable.

Sciences, 2024. DOI : 10.1126/science.ado0713 (À propos des identifiants numériques).