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Certains des plus importants bactériophages ont maintenant été retrouvés dans l’intestin humain, dévastant périodiquement les bactéries, alors que les épidémies saisonnières de la grippe menacent les humains, selon une étude des scientifiques de l’UC Berkeley.

Des « mégaphages » trouvés dans l’intestin humain

Ces «mégaphages» – dont les génomes sont environ 10 fois plus grands que le phage moyen et deux fois plus gros que tout les phages précédemment observés chez l’homme – ont été découverts dans le tractus intestinal humain, mais uniquement chez les humains qui se nourrissent de fibres et suivant un régime faible en gras.
Un fait révélateur, ils ont également été retrouvés dans les intestins de babouins et d’un cochon, ce qui démontre que les phages, porteurs de gènes qui affectent la santé humaine, peuvent se déplacer entre les humains et les animaux et peut-être même provoquer des maladies.
«Les phages sont bien connus pour porter des gènes qui causent des maladies et pour la résistance aux antibiotiques», a déclaré Jill Banfield, qui dirige l’initiative de microbiologie de l’Innovative Genomics Institute et est professeur à l’Université de Berkeley sur les sciences de la terre et des planètes et des sciences de l’environnement.
« Le mouvement des mégaphages avec le mouvement de la bactérie hôte soulève la possibilité que la maladie puisse également se transmettre entre les animaux et les humains, et que la capacité de le faire pour les mégaphages est beaucoup plus grande. » De plus, la plupart des biologistes ne considèrent pas ces virus comme «vivants», le fait que les mégaphages soient plus gros que les formes de vie, comme les bactéries, estompe la distinction entre ce qui est vivant et ce qui ne l’est pas.
« Ces énormes entités comblent le fossé entre ce que nous considérons comme non-vivant et vivant, et dans un sens, nous les avons surtout ratées », a déclaré Banfield. Banfield et ses collègues ont rapporté leurs conclusions en ligne le 28 janvier dans la revue Nature Microbiology.

Les phages et CRISPR

Banfield est un pionnier du séquençage métagénomique, c’est-à-dire du séquençage simultané de tous les gènes de tous les organismes d’une communauté. Elle et ses collègues reconstruisent ensuite les génomes de chaque créature de la communauté, faisant apparaître des microbes jamais vus auparavant.
En explorant les communautés microbiennes dans les eaux de ruissellement des mines, les geysers, le tractus intestinal humain et les profondeurs souterraines, elle a découvert de nouveaux microbes grâce au séquençage métagénomique que l’arbre de vie a dû être repensé pour tous les accueillir.

mode-depropagation-infection Les bactéries découpent des fragments des génomes des phages envahisseurs et les stockent dans leurs systèmes CRISPR afin qu’ils puissent détecter et tuer de futurs envahisseurs.

Au cours de ce processus, elle a découvert de nombreux gènes de bactériophages, ceux étant officiellement connus. En fait, le groupe CRISPR présent dans certaines bactéries est un réservoir de fragments du génome du phage que ces bactéries conservent pour leur rappeler les infections antérieures du phage, leur permettant de lutter rapidement contre les infections par le même phage.
La protéine Cas9 mobilisée par ces bactéries pour cibler et réduire les envahisseurs viraux a été adaptée par les scientifiques de l’Université de Berkeley et de Vienne pour constituer un outil puissant, CRISPR-Cas9, qui a révolutionné la biologie et redynamisé le domaine de la thérapie génique.
Lors du séquençage des bactéries intestinales chez des habitants du Bangladesh – dans le cadre d’une étude menée par la collaboratrice de Joanne Santini de l’University College London – afin d’explorer les effets de l’eau contaminée à l’arsenic sur la flore intestinale – Banfield a identifié ces mégaphages.

Des capsides de 200 et 300 nanomètres

Une fois qu’elle a réassemblé l’intégralité de leurs génomes, elle a constaté qu’ils étaient tous 10 fois plus gros que le phage moyen rencontré dans d’autres microbiomes. Pour loger les énormes génomes de ces phages, leur emballage, appelé capside, est probablement plus grand que ceux des autres phages connus, pouvant avoir une largeur comprise entre 200 et 300 nanomètres.
L’équipe a découvert un segment CRISPR dans un type de bactérie, la Prevotella, qui contenait des extraits d’ADN de mégaphages, suggérant que le mégaphage s’attaque principalement à Prevotella. Prevotella qui n’est pas courant chez les personnes ayant un régime occidentalisé, avec beaucoup de viande, de graisse et de sucre, et moins de microbiomes intestinaux provenant de ceux consommant un régime non occidental de type «chasseur-cueilleur» a été séquencée.
Prevotella est également associée aux infections des voies respiratoires supérieures et est prévalente dans les maladies parodontales, selon la coauteure Joanne Santini. Cela signifie que le nouveau mégaphage pourrait ouvrir la voie au développement de nouveaux traitements à base de phages pour les infections causées par Prevotella.

Les microbiomes des chasseurs-cueilleurs

Banfield et son équipe ont nommé le groupe ou le clade de mégaphages «phage lak» d’après la région du Bangladesh où ils les ont trouvés, (Laksam Upazila). Par la suite, le premier auteur, Audra Devoto, a trouvé des phages Lak dans les microbiomes intestinaux de membres de la tribu des chasseurs-cueilleurs Hadza de Tanzanie, dans deux groupes sociaux distincts de babouins étudiés au Kenya et dans le microbiote intestinal de porcs de fermes danoises.
Une étude des microbiomes de Bangladais comme ceux-ci, souffrant de maladies causées par une eau contaminée à l’arsenic, a révélé une nouvelle classe de mégaphages ciblant les bactéries dans leurs intestins. « Les phages Lak chez le porc sont plus proches des humains que ceux les babouins, il est donc tout à fait probable que ces phages traversent des cohortes d’animaux », a déclaré Banfield. « Nous soupçonnons que les babouins ont récemment propagé les phages Prevotella et Lak, car ils ont peu de résistance et ils sont très répandus parmi eux. »
Les phages sont connus pour être porteurs de gènes qui exacerbent de nombreuses maladies humaines. Ils peuvent porter des gènes codants pour le botulisme, les toxines du choléra et de la diphtérie, ce qui aggrave les symptômes des personnes infectées par la bactérie. L’un des objectifs de Banfield est de voir comment les populations de phages et de bactéries qu’elles nourrissent dans l’intestin évoluent au fil du temps et avec l’alimentation, ainsi que leurs effets sur la santé.
Chez les quatre humains dont les microbiomes intestinaux ont été échantillonnés, l’équipe a constaté que les niveaux de phage et de Prevotella évoluaient avec le temps, indiquant un cycle constant dans lequel les populations de phages réduisaient les populations bactériennes, suivies d’une chute du phage permettant à Prevotella de revenir.

De grands génomes pour interférer avec les bactéries

Banfield suppose que les mégaphages ont des génomes plus grands afin de produire les protéines nécessaires pour empêcher l’hôte bactérien d’interférer avec les efforts du phage pour se multiplier, ce qui prend plus de temps en raison du génome plus volumineux.
Banfield et son laboratoire de l’innovative Genomics Institute, une initiative conjointe UC / Berkeley / UCSF visant à déployer largement CRISPR-Cas9, sont en train de rechercher des mégaphages dans d’autres bases de données métagénomiques et espèrent en savoir plus sur leur mode de fonctionnement et sur leur potentiel.
«Ces génomes sont pleins de protéines ayant des fonctions inconnues, probablement des voies pour des processus non imaginés à ce jour. Il y a beaucoup de nouvelle protéines à découvrir dans ces nouveaux génomes », a-t-elle déclaré.
Source : University of California – Berkeley
Crédit photo et dessin : Pixabay / UC Berkely

De gros virus en proie aux bactéries intestinalesmartinBiologie
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