Les attaques de phages présentées sous un nouveau jour

Graham Hatfull, professeur de biotechnologie de la famille Eberly à la Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences de Pitt, a été le pionnier de l’utilisation de ces virus – bactériophages, phages en abrégé – pour traiter les infections dans les maladies chroniques telles que la fibrose kystique. Bien que l’importance de la résistance ait échappé aux premières découvertes d’antibiotiques, Hatfull a l’intention de comprendre comment les bactéries deviennent résistantes aux phages.

Son laboratoire vient de découvrir comment une mutation spécifique dans une bactérie entraîne une résistance aux phages. Les résultats ont été publiés le 23 février dans la revue Microbiologie naturelle.

La nouvelle méthodologie et les nouveaux outils développés par son équipe leur ont également donné l’opportunité d’observer avec des détails sans précédent un phage attaquant une bactérie. À mesure que l’utilisation de la phagothérapie se développe, ces outils peuvent aider les autres à mieux comprendre comment différentes mutations protègent les bactéries contre l’invasion par leurs phages.

Pour cette étude, l’équipe a commencé par Mycobacterium smegmatis, un parent inoffensif de la bactérie responsable de la tuberculose, de la lèpre et d’autres maladies chroniques difficiles à traiter. Ils ont ensuite isolé une forme mutante de la bactérie résistante à l’infection par un phage appelé Fionnbharth.

Pour comprendre comment la mutation spécifique dans le lsr2 aide ces bactéries résistantes à combattre un phage, l’équipe devait d’abord comprendre comment les phages tuaient une bactérie sans la mutation correspondante.

Carlos Guerrero-Bustamante, un étudiant diplômé de quatrième année dans le laboratoire de Hatfull, a génétiquement modifié deux types spéciaux de phages pour cette étude. Certains ont produit une fluorescence rouge lorsqu’ils sont entrés dans une cellule bactérienne. D’autres avaient des segments d’ADN qui se colleraient aux molécules fluorescentes pour que l’ADN du phage s’allume dans une cellule infectée.

Après les balises fluorescentes, “nous avons pu voir où l’ADN du phage est entré dans la cellule”, a déclaré Guerrero-Bustamante. Les méthodes d’imagerie qu’ils ont utilisées ont été conçues par Charles Dulberger, un collaborateur et co-premier auteur de l’article qui était alors à la Harvard TH Chan School of Public Health.

“Nous avons vu pour la première fois comment les phages franchissent cette première étape de liaison aux cellules et d’injection de leur ADN dans les bactéries”, a déclaré Hatfull, qui est également professeur à l’Institut médical Howard Hughes. “Ensuite, nous avons appliqué ces connaissances pour demander : ‘Alors, en quoi est-ce différent si nous nous débarrassons de la protéine Lsr2 ?'”

Le lien entre Lsr2 et la résistance aux phages n’était pas connu auparavant, mais avec leurs nouvelles méthodes et outils, l’équipe a clairement vu le rôle critique qu’il jouait.

En règle générale, Lsr2 aide les bactéries à répliquer leur propre ADN. Lorsqu’un phage attaque, cependant, le virus coopte la protéine, l’utilisant pour répliquer l’ADN du phage et submerger les bactéries. Lorsque le gène lsr2 est manquant ou défectueux – comme dans le Mycobacterium smegmatis résistant aux phages – la bactérie ne fabrique pas la protéine et les phages ne se répliquent pas suffisamment pour prendre le contrôle de la cellule bactérienne.

C’était une surprise.

“Nous ne savions pas que Lsr2 avait quelque chose à voir avec les bactériophages”, a déclaré Hatfull.

Ces nouveaux outils peuvent être utilisés pour découvrir toutes sortes de surprises inscrites dans les gènes des bactéries résistantes aux phages. Cela peut également aider les chercheurs d’aujourd’hui et les cliniciens de demain à mieux comprendre et à tirer parti des capacités des phages tout en évitant les faux pas qui ont conduit à la résistance aux antibiotiques.

“Cet article se concentre sur une seule protéine bactérienne” et sa résistance à un seul phage, a déclaré Hatfull, mais ses implications sont larges. “Il existe de nombreux phages différents et de nombreuses autres protéines.”