Publié le 2025-11-03 15:28:00. Des chercheurs de Penn State ont mis au jour un mécanisme de défense viral ancestral chez les bactéries, ouvrant la voie à de nouvelles stratégies antivirales pour la médecine humaine et la sécurité alimentaire.
- Un mécanisme de défense bacterial, impliquant des virus dormants, a été identifié et pourrait servir de modèle pour de futurs traitements antiviraux.
- Cette découverte, menée par le professeur Thomas Wood, révèle comment les bactéries exploitent d’anciens virus intégrés à leur ADN pour se protéger des nouvelles infections virales.
- Les implications s’étendent à la lutte contre la résistance aux antibiotiques et à l’amélioration des processus de biotechnologie alimentaire.
Depuis des milliards d’années, bactéries et virus se livrent une guerre incessante, poussant les premiers à développer une panoplie de stratégies de survie. Aujourd’hui, ces défenses microbiennes millénaires inspirent les scientifiques dans leur quête de nouveaux outils antiviraux pour l’humanité. Une équipe de chercheurs de Penn State, dirigée par le professeur Thomas Wood du département de génie chimique, a récemment dévoilé un mécanisme bactérien longtemps sous-estimé, qui confère une protection significative contre les infections virales.
Les travaux, publiés dans la revue Nucleic Acids Research, se sont concentrés sur des bactéries porteuses de virus extrêmement anciens et inactifs, appelés prophages. Les chercheurs ont constaté que ces envahisseurs endormis jouent un rôle protecteur essentiel. Ce système de défense pourrait, à terme, mener à la conception de méthodes antivirales plus performantes, tant pour des applications médicales que pour la sécurité alimentaire.
« Il y a eu une vague de découvertes ces dernières années concernant les systèmes antivirus chez les bactéries », a déclaré Thomas Wood, qui a supervisé l’étude. « Les antibiotiques montrent leurs limites, et les virus eux-mêmes représentent la substitution la plus probable. Cependant, avant de pouvoir utiliser des virus comme substituts aux antibiotiques pour traiter les infections humaines, il est crucial de comprendre comment les bactéries se défendent contre les attaques virales. »
Thomas Wood, professeur de génie chimique
La science savait déjà que les anciens virus inactifs, ou prophages cryptiques, pouvaient intégrer leur matériel génétique dans l’ADN bactérien. Ces fragments génétiques confèrent aux bactéries la capacité de produire des enzymes et des protéines spécialisées, capables d’empêcher de nouveaux virus, appelés phages, d’infecter la cellule. La nouveauté de cette étude réside dans l’identification d’une protéine spécifique, une recombinase, qui agit comme un système d’alerte précoce. Lorsque la cellule bactérienne détecte une menace virale, cette recombinase peut modifier l’ADN bactérien, mais uniquement si un prophage est déjà présent dans le génome.
La recombinase en question, baptisée PinQ, déclenche une inversion de l’ADN en réponse à l’approche d’un virus. Elle inverse une portion du code génétique au sein du chromosome bactérien. Cette modification génère deux « protéines chimériques », composées d’ADN issu du prophage lui-même. Collectivement désignées sous le nom de Stf, ces protéines empêchent le virus de se fixer à la surface de la bactérie et de pénétrer dans la cellule pour y injecter son matériel génétique.
« Il est remarquable que ce processus produise de nouvelles protéines chimériques, en particulier à partir de l’ADN inversé. Généralement, lorsqu’on modifie l’ADN, cela conduit simplement à des mutations génétiques produisant des protéines inactives », a souligné Thomas Wood. « Ces inversions et adaptations démontrent clairement qu’il s’agit d’un système antivirus sophistiqué, qui a évolué sur des millions d’années. »
Thomas Wood, professeur de génie chimique
La montée des infections résistantes aux antibiotiques, largement imputable à une utilisation excessive de ces médicaments, constitue une menace croissante. Les phages sont considérés comme une alternative prometteuse, car ils ciblent des souches bactériennes spécifiques sans affecter la flore bénéfique, et co-évoluent avec leurs hôtes. La compréhension de cette défense naturelle des bactéries pourrait ainsi permettre aux chercheurs de développer des traitements plus ciblés et de réduire la dépendance aux antibiotiques.
Bien que des enzymes recombinases aient déjà été observées à proximité de régions de défense bactérienne, c’est la première fois qu’une implication directe dans la défense antivirale est démontrée. Comme l’explique Thomas Wood, ces enzymes n’avaient pas été manquées par les chercheurs, mais plutôt interprétées comme de simples marqueurs de gènes viraux. « Les bactéries disposent d’une multitude de systèmes de défense contre les virus, et ceci n’est qu’un exemple supplémentaire de l’un d’entre eux », a-t-il précisé.
Pour étudier ce mécanisme, l’équipe a procédé à une surproduction de protéines Stf dans des bactéries E. coli avant d’introduire des phages. Après incubation, la turbidité de l’échantillon a été mesurée pour évaluer le taux d’infection. Une plus grande turbidité indique une moindre présence de virus actifs. Des modèles informatiques ont également été utilisés pour simuler le processus d’attachement des virus aux surfaces bactériennes, appelé adsorption, et leurs résultats ont été validés par comparaison avec les données expérimentales.
« Lorsque nous surproduisons la protéine, nous empêchons initialement le virus de se fixer à la surface des cellules », a décrit Thomas Wood. « Cependant, après huit itérations expérimentales, le virus modifie ses protéines de fixation – sa manière d’identifier et d’adhérer à la bactérie – lui permettant de contourner cette défense. »
Thomas Wood, professeur de génie chimique
Ces recherches ont enrichi la compréhension des systèmes antiviraux naturels, ouvrant des perspectives pour une culture plus efficace des bactéries utilisées dans la fermentation d’aliments comme le fromage et le yaourt, ainsi que pour une meilleure gestion des infections bactériennes en milieu de soins. L’équipe de Thomas Wood prévoit d’explorer les applications antivirales de huit autres prophages.
« C’est l’histoire d’un fossile protégeant son hôte des intrus, et nous avons une dizaine d’autres récits de fossiles qui pourraient offrir leurs propres défenses, en attente d’être étudiés », a conclu Thomas Wood. « Une meilleure compréhension de l’interaction entre ces virus et les bactéries nous apportera des éclaircissements précieux sur la manière d’exploiter ces organismes en bio-ingénierie, de manière efficace et sécurisée. »
Thomas Wood, professeur de génie chimique
Parmi les autres coauteurs de cette étude figurent Joy Kirigo, récemment diplômée d’un doctorat en génie chimique à Penn State ; Daniel Huelgas-Méndez, doctorant en génie chimique à l’Université nationale autonome du Mexique (UNAM) ayant effectué un séjour de recherche à Penn State ; Rodolfo García‐Contreras, professeur de microbiologie à l’UNAM et superviseur de Huelgas-Méndez ; María Tomás, coordinatrice de l’unité de diagnostic génomique de l’Hôpital Universitaire de La Corogne ; et Michael J Benedik, professeur Regents de biologie à la Texas A&M University.
Cette recherche a été soutenue par le Biotechnology Endowment, l’Université nationale autonome du Mexique et le Secrétariat des sciences, des sciences humaines, de la technologie et de l’innovation.