Les bactériophages – virus qui infectent les bactéries – suscitent un regain d’intérêt en tant qu’arme potentielle contre les infections résistantes aux antibiotiques. Mais ces minuscules entités, cruciales pour lutter contre les bactéries dans des domaines allant de la médecine à l’agriculture, sont notoirement complexes. Leurs structures complexes et leurs habitudes de croissance ont jusqu’à présent entravé le progrès scientifique. Une nouvelle étude publiée dans Science Advances par des chercheurs de l’Institut des sciences et technologies d’Okinawa (OIST) et de l’Université d’Otago fournit un niveau de détail révolutionnaire sur l’un de ces phages, Bas63, ouvrant les portes à une conception rationnelle et ouvrant la voie à une nouvelle ère de thérapies et d’applications basées sur les phages.
Le défi de l’étude des bactériophages
Les bactériophages sont incroyablement abondants sur Terre et ont été découverts pour la première fois il y a plus d’un siècle. Les premiers pionniers ont vu leur potentiel en tant que tueurs bactériens naturels, mais la montée en puissance des antibiotiques a éclipsé cette voie prometteuse. Aujourd’hui, alors que la résistance aux antibiotiques se transforme en crise sanitaire mondiale, l’intérêt pour les phages a augmenté. Cependant, la conception de thérapies phagiques efficaces se heurte à des obstacles importants.
Comprendre la structure et la fonction de ces virus au niveau moléculaire est crucial pour les manipuler efficacement. Les bactériophages sont complexes, avec souvent des structures diverses et des manières uniques d’interagir avec leurs hôtes bactériens. Cette complexité rend difficile leur étude approfondie, ce qui entrave le développement de traitements ciblés à base de phages.
Un phage pas comme les autres : le Bas63 occupe le devant de la scène
Pour relever ce défi, l’équipe de recherche s’est concentrée sur Bas63, un bactériophage sélectionné dans la collection BASEL, un référentiel qui héberge les données génétiques et phénotypiques de plus de 100 phages connus pour infecter E. coli. Bas63 s’est démarqué par sa structure inhabituellement complexe, visible même en microscopie élémentaire. Cette architecture unique en faisait un candidat idéal pour une analyse structurelle approfondie utilisant une technologie de pointe.
Cryo-EM : Une fenêtre sur le monde microscopique
Les chercheurs ont utilisé la microscopie cryoélectronique (cryo-EM), une technique puissante qui permet aux scientifiques de visualiser des molécules avec des détails quasi atomiques en les gelant instantanément et en capturant leurs images avec un faisceau d’électrons. Ils ont utilisé une nouvelle technique de « panoramique » au sein du cryo-EM, réduisant essentiellement la structure du phage étape par étape tout en affinant la reconstruction à chaque étape.
La combinaison de ces informations structurelles à haute résolution avec des données génétiques (séquences d’acides aminés) leur a donné une vision sans précédent de l’architecture de Bas63. Cela leur a permis d’identifier et de cartographier chaque protéine importante avec des détails remarquables. Les résultats ont révélé des caractéristiques fascinantes, telles que des protéines uniques décorant la capside du phage (la coque protéique qui enveloppe son matériel génétique) et une structure rare de moustaches et de collier reliant la tête à sa queue, des éléments rarement observés dans d’autres phages de ce type.
Au-delà de la médecine : un phage pour chaque usage ?
La carte détaillée du Bas63 ouvre des possibilités passionnantes au-delà du traitement des infections bactériennes. L’identification de régions spécifiques du phage qui se lient aux bactéries pourrait permettre aux scientifiques de concevoir des phages avec une précision de ciblage accrue, garantissant qu’ils n’attaquent que les bactéries nocives tout en laissant indemnes les bénéfiques.
De plus, les chercheurs soulignent que les applications s’étendent bien au-delà de la médecine :
- Agriculture : Contrôler les agents pathogènes des plantes et augmenter les rendements des cultures
- Aquaculture : Lutte contre les maladies bactériennes des poissons et crustacés d’élevage
- Biotechnologie : Utilisation de phages pour la bioremédiation (nettoyage de la pollution) ou des processus industriels comme la production alimentaire et le traitement des eaux usées
Un projet pour l’avenir
Le professeur Matthias Wolf, responsable de l’unité de cryo-microscopie électronique moléculaire de l’OIST, souligne les implications plus larges : « En fournissant ce niveau d’analyse structurelle et de compréhension biologique, nous pouvons permettre la conception rationnelle de phages et transformer la façon dont les maladies sont traitées. »
Le modèle détaillé de Bas63 fournit aux chercheurs un outil puissant pour adapter les phages à des besoins spécifiques, ouvrant la voie à une ère de thérapies phagiques personnalisées et d’applications innovantes dans diverses industries. Les résultats mettent en valeur le potentiel transformateur d’une analyse structurelle méticuleuse, ouvrant la voie à l’exploitation de l’arsenal microscopique de la nature au profit de l’humanité et au-delà.
