Selon une étude menée sous la direction du Prof. Avigdor Eldar de l’École d’études biomédicales et de recherche sur le cancer de l’Université de Tel-Aviv, en collaboration avec l’Institut Weizman, les virus dits bactériophages évaluent rationnellement toutes les options qui s’offrent à eux avant de décider de passer de l’état dormant à l’attaque de la bactérie qui les héberge. L’étude, qui dévoile un nouveau mécanisme passionnant de communication entre les virus et les bactéries, constitue un pas supplémentaire dans la compréhension du comportement des micro-organismes infectieux.
Elle a été publiée en décembre 2021 dans la revue Nature Microbiology.
Les bactériophages ou phages sont des virus qui attaquent les bactéries. Ils existent généralement à l’un des deux états suivants : actif, dans lequel ils attaquent les bactéries et les détruisent (lyse), ou dormant, dans lequel ils restent passifs au sein de la bactérie et se répliquent en même temps qu’elle mais ne créent aucun dommage (lysogénie). Chaque fois qu’ils infectent une nouvelle bactérie, les phages de ce type doivent décider s’ils vont rester en sommeil ou devenir actifs. Dans le premier cas, ils doivent déterminer quand « se réveiller » et attaquer. Comme dans tous les dilemmes, ils doivent fonder leur décision sur des informations solides et fiables.
Espionner les voisins
Jusqu’à présent, on pensait que les phages basaient leur décision de sortir de leur état dormant pour devenir actif, essentiellement sur la situation de leur hôte bactérien : dès que celui-ci montre des signes d’endommagement important de son ADN (des genres de « convusions d’agonie », en quelque sorte), il deviendrait dans l’intérêt du phage de le quitter et d’essayer d’infecter d’autres bactéries.
La nouvelle étude a permis de découvrir un autre mécanisme de communication entre les bactéries et les bactériophages : apparemment, certaines familles de phages ont développé une stratégie de prise de décision plus complexe, une sorte de « théorie des jeux pour phages », dans laquelle ils reçoivent des informations non seulement de la bactérie qui les hébergent, mais aussi des bactéries voisines.
« Lorsqu’un virus est en sommeil dans une cellule bactérienne, il oblige son hôte à produire en permanence de petites molécules de communication virales appelées arbitrium, qu’il est capable « d’entendre » grâce à un récepteur spécifique », explique le Prof. Eldar. « Ainsi, la présence de niveaux élevés de ces petites molécules indique que les bactéries voisines contiennent déjà un phage. Lorsque c’est le cas, même si sa propre bactérie-hôte présente des dommages de son ADN, le phage s’abstient de devenir actif. Sachant que chaque bactérie ne peut héberger qu’un seul phage dormant, le virus prend une décision « rationnelle » : mieux vaut laisser la bactérie hôte tenter de se réparer plutôt que de la « trahir » », puisque toutes les bactéries voisines sont déjà occupées ».
Pour les besoins de l’étude, le Prof. Eldar et son équipe ont utilisé une gamme de méthodes génétiques et biomoléculaires permettant de suivre les signaux de communication biochimiques passant entre les bactéries et les phages. Dans une étude précédente, ils avaient déjà montré, au moyen d’un marqueur fluorescent, que le système de communication utilisé par les phages et d’autres micro-organismes, basé sur un mécanisme dit de « détection du quorum » (aptitude des micro-organismes à détecter des signaux moléculaires indiquant la densité de population de ces microbes, et à réagir collectivement en cas de haute densité), servait uniquement à détecter les « voisins proches ».
« Les phages possèdent une excellente capacité à traiter l’information
et à prendre la bonne décision pour assurer leur survie optimale »
« En fait, les bactéries ont développé deux systèmes de communication distincts, l’un pour la communication à longue distance et l’autre pour les courtes distances uniquement, ce dernier leur servant à détecter l’état de leurs voisins immédiats », explique le Prof. Eldar. « Dans le cas présent, le phage contrôle la communication, et tout ce qui l’intéresse est de savoir si ses voisins proches, qu’il peut facilement contaminer, sont déjà occupés ou non ».
Le Prof. Eldar conclut : « Il y a quelques années, le Prof. Rotem Sorek et son équipe de l’Institut Weizmann ont identifié pour la première fois la communication entre les phages. De tels systèmes étaient connus depuis longtemps entre d’autres parasites moléculaires hébergés par des bactéries (les plasmides). Notre apport réside dans le fait que les phages utilisent ce système de communication même à l’état dormant, et que nous avons réussi à identifier des éléments essentiels pour comprendre comment ils combinent des informations sur l’état de leur bactérie-hôte avec des données sur leurs voisins. Il s’agit d’une étape importante de plus sur la voie du déchiffrement de la communication et de ‘ l’économie comportementale’ des virus. Les phages possèdent une excellente capacité à traiter l’information et à prendre la bonne décision pour assurer leur survie optimale. Il sera intéressant de vérifier si les virus résidant dans des organismes plus complexes confrontés à des décisions similaires ont également développé des systèmes de communication comparables ».
Photos:
1. Le Prof. Avigdor Eldar
2. Les bactéries qui contiennent un élément parasitaire « dormant » (bleu) se réveillent et jaunissent en présence de bactéries qui ne contiennent pas cet élément (rouge).
(Crédit: Université de Tel-Aviv)
