Cycle lysogène - Lysogenic cycle
La lysogénie , ou cycle lysogénique , est l'un des deux cycles de reproduction virale (le cycle lytique étant l'autre). La lysogénie est caractérisée par l'intégration de l' acide nucléique du bactériophage dans le génome de la bactérie hôte ou la formation d'un réplicon circulaire dans le cytoplasme bactérien. Dans cette condition, la bactérie continue à vivre et à se reproduire normalement. Le matériel génétique du bactériophage, appelé prophage , peut être transmis aux cellules filles à chaque division cellulaire ultérieure, et des événements ultérieurs (tels que le rayonnement UV ou la présence de certains produits chimiques) peuvent le libérer, provoquant la prolifération de nouveaux phages via le système lytique. cycle. Des cycles lysogènes peuvent également se produire chez les eucaryotes , bien que la méthode d'incorporation de l'ADN ne soit pas entièrement comprise.
La différence entre les cycles lysogènes et lytiques est que, dans les cycles lysogènes, la propagation de l'ADN viral se fait par la reproduction procaryote habituelle, alors qu'un cycle lytique est plus immédiat en ce sens qu'il entraîne la création très rapide de nombreuses copies du virus et la la cellule est détruite. Une différence clé entre le cycle lytique et le cycle lysogène est que le dernier ne lyse pas immédiatement la cellule hôte. Les phages qui ne se répliquent que via le cycle lytique sont appelés phages virulents, tandis que les phages qui se répliquent en utilisant à la fois les cycles lytique et lysogène sont appelés phages tempérés .
Dans le cycle lysogène, l'ADN du phage s'intègre d'abord dans le chromosome bactérien pour produire le prophage. Lorsque la bactérie se reproduit, le prophage est également copié et est présent dans chacune des cellules filles. Les cellules filles peuvent continuer à se répliquer avec le prophage présent ou le prophage peut sortir du chromosome bactérien pour initier le cycle lytique. Dans le cycle lysogène, l'ADN hôte n'est pas hydrolyse mais dans le cycle lytique, l'ADN hôte est hydrolysé dans la phase lytique.
Bactériophages
Les bactériophages sont des virus qui infectent et se répliquent au sein d'une bactérie. Les phages tempérés (tels que le phage lambda ) peuvent se reproduire en utilisant à la fois le cycle lytique et le cycle lysogène. Via le cycle lysogène, le génome du bactériophage n'est pas exprimé et est plutôt intégré dans le génome de la bactérie pour former le prophage . Étant donné que l'information génétique du bactériophage est incorporée dans l'information génétique de la bactérie en tant que prophage, le bactériophage se réplique passivement lorsque la bactérie se divise pour former des cellules bactériennes filles. Dans ce scénario, les cellules de bactéries filles contiennent du prophage et sont appelées lysogènes . Les lysogènes peuvent rester dans le cycle lysogène pendant de nombreuses générations mais peuvent passer au cycle lytique à tout moment via un processus appelé induction. Pendant l'induction, l'ADN du prophage est excisé du génome bactérien et est transcrit et traduit pour fabriquer des protéines d'enveloppe du virus et réguler la croissance lytique.
L'organisme modèle pour l'étude de la lysogénie est le phage lambda. L'intégration du prophage, le maintien de la lysogénie, l'induction et le contrôle de l'excision du génome du phage dans l'induction sont décrits en détail dans l' article sur le phage lambda .
Compromis de remise en forme pour les bactéries
Les bactériophages sont parasites car ils infectent leurs hôtes, utilisent des machines bactériennes pour se répliquer et finalement lyser les bactéries. Les phages tempérés peuvent entraîner à la fois des avantages et des inconvénients pour leurs hôtes via le cycle lysogène. Au cours du cycle lysogène, le génome du virus est incorporé sous forme de prophage et un répresseur empêche la réplication virale. Néanmoins, un phage tempéré peut échapper à la répression pour se répliquer, produire des particules virales et lyser les bactéries. Le phage tempéré échappant à la répression serait un inconvénient pour les bactéries. D'autre part, le prophage peut transférer des gènes qui améliorent la virulence de l'hôte et la résistance au système immunitaire. De plus, le répresseur produit par le prophage qui empêche l'expression des gènes du prophage confère une immunité à la bactérie hôte contre l'infection lytique par des virus apparentés.
Un autre système, arbitrium , a récemment été décrit pour des bactériophages infectant plusieurs espèces de Bacillus , dans lequel la décision entre lyse et lysogénie est transmise entre bactéries par un facteur peptidique .
Conversion lysogénique
Dans certaines interactions entre les phages lysogènes et les bactéries, la conversion lysogène peut se produire, qui peut également être appelée conversion lysogène. C'est lorsqu'un phage tempéré induit un changement dans le phénotype de la bactérie infectée qui ne fait pas partie d'un cycle de phage habituel. Les changements peuvent souvent impliquer la membrane externe de la cellule en la rendant imperméable aux autres phages ou même en augmentant la capacité pathogène de la bactérie pour un hôte. De cette façon, les bactériophages tempérés jouent également un rôle dans la propagation des facteurs de virulence , tels que les exotoxines et les exoenzymes, parmi les bactéries. Ce changement reste ensuite dans le génome de la bactérie infectée et est copié et transmis aux cellules filles.
Survie bactérienne
Il a été démontré que la conversion lysogène permet la formation de biofilms chez Bacillus anthracis Les souches de B. anthracis guéries de tous les phages n'ont pas pu former de biofilms, qui sont des communautés bactériennes adhérant à la surface qui permettent aux bactéries d'avoir un meilleur accès aux nutriments et de survivre aux stress environnementaux. En plus de la formation de biofilm chez B. anthracis , la conversion lysogène de Bacillus subtilis , Bacillus thuringiensis et Bacillus cereus a montré un taux ou une étendue accrus de sporulation. La sporulation produit des endospores , qui sont des formes métaboliquement dormantes des bactéries très résistantes à la température, aux rayonnements ionisants, à la dessiccation, aux antibiotiques et aux désinfectants.
Virulence bactérienne
Il a également été démontré que des bactéries non virulentes se transforment en agents pathogènes hautement virulents par conversion lysogène avec les facteurs de virulence portés par le prophage lysogène. Les gènes de virulence portés dans les prophages en tant qu'éléments génétiques autonomes discrets, appelés crétins , confèrent un avantage à la bactérie qui profite indirectement au virus grâce à une survie améliorée du lysogène.
Exemples:
- Corynebacterium diphtheriae ne produit la toxine de la diphtérie que lorsqu'elle est infectée par le phage β. Dans ce cas, le gène qui code pour la toxine est porté par le phage et non par la bactérie.
- Vibrio cholerae est une souche non toxique qui peut devenir toxique, produisant la toxine cholérique , lorsqu'elle est infectée par le phage CTXφ.
- Shigella dysenteriae , qui produit la dysenterie, possède des toxines qui se répartissent en deux groupes principaux, Stx1 et Stx2, dont les gènes sont considérés comme faisant partie du génome des prophages lambdoïdes.
- Streptococcus pyogenes , produisent une exotoxine pyrogène, obtenue par conversion lysogène, qui provoque de la fièvre et une éruption rouge écarlate , la scarlatine .
- Certaines souches de Clostridium botulinum , qui provoquent le botulisme , expriment la toxine botulinique à partir de gènes transduits par phage.
Prévenir l'induction lysogène
Des stratégies pour lutter contre certaines infections bactériennes en bloquant l'induction du prophage (passage du cycle lytique au cycle lysogène) en éliminant les agents d'induction in vivo ont été proposées. Les espèces réactives de l'oxygène (ROS), telles que le peroxyde d'hydrogène, sont de puissants agents oxydants qui peuvent se décomposer en radicaux libres et endommager l'ADN des bactéries, ce qui conduit à l'induction de prophages. Une stratégie potentielle pour lutter contre l'induction du prophage consiste à utiliser du glutathion , un puissant antioxydant qui peut éliminer les intermédiaires radicaux libres. Une autre approche pourrait être de provoquer une surexpression du répresseur CI puisque l'induction du prophage ne se produit que lorsque la concentration du répresseur CI est trop faible.