En analysant les interactions de virus bactériophages (ou phages), des chercheurs ont découvert qu’ils utilisent des systèmes de communication chimiques pour « s’espionner » entre eux et ajuster leurs stratégies d’infection. Lors de l’infection, les virus actifs émettent des signaux que d’autres peuvent intercepter, mais ces signaux peuvent à la fois informer les intercepteurs et les induire en erreur, les poussant ainsi à rester dormants au lieu de s’activer à leur tour.
En pénétrant une cellule hôte, les phages ont deux options : infecter la cellule et la tuer ou rester dormant. Le premier choix, appelé lyse ou cycle lytique, est caractérisé par la réplication des virus et la libération de particules virales (ou virions). Le second, appelé cycle lysogénique, est caractérisé par une intégration au génome de l’hôte et une persistance sous forme de prophage. Les phages peuvent passer d’un état à l’autre en réactivant leur cycle lytique, mais cela s’effectue selon une stratégie visant à optimiser leur survie.
Ainsi, les phages choisissent d’infecter selon la disponibilité d’hôtes sains et en abondance. Lorsque les cellules hôtes sont en grand nombre, le cycle lytique est le plus souvent choisi et inversement, lorsque les hôtes sont rares, la meilleure stratégie de survie est de conserver un cycle lysogénique à l’intérieur des hôtes survivants jusqu’au retour de conditions optimales.
« La décision de tuer (lyse) ou de rester en dormance (lysogénie) dépend de la situation spécifique », explique Rebecca Woodhams, doctorante au Centre d’écologie et de conservation du campus Penryn de l’Université d’Exeter, en Cornouailles. « Lorsqu’il existe de nombreuses bactéries disponibles, un phage devrait choisir la lyse et chercher à infecter ces hôtes potentiels. Lorsque de nombreux hôtes ont déjà été tués et qu’il n’en reste que peu, il est plus sûr de se faire discret et d’attendre des jours meilleurs (lysogénie). »
De récentes études ont montré que les phages utilisent un système de communication peptidique appelé « système arbitrium », pour orienter leur décision de lyser ou de lysogéniser leur hôte. Cependant, les mécanismes exacts régissant ce système de communication chimique demeurent encore incompris.
Une nouvelle étude de l’Université d’Exeter, publiée le 31 mars dans la revue spécialisée Cell, apporte de nouveaux éléments en montrant que ces signaux ne circulent pas uniquement entre les phages de la même espèce.
« Nous démontrons ici que des phages arbitrium appartenant à différentes espèces et genres peuvent influencer mutuellement leur dynamique d’infection en sécrétant des peptides de communication similaires », écrivent les chercheurs dans leur étude.
Résumé graphique de l’étude. © Manley et al.
Une tentative d’espionnage qui a mal tourné
Il existe une théorie largement acceptée selon laquelle les systèmes arbitrium des phages se manifestent spécifiquement entre des phages de la même espèce. Cette hypothèse repose cependant sur un nombre relativement restreint d’exemples. L’équipe de la nouvelle étude a avancé l’hypothèse selon laquelle le contrôle chimique par les phages du commutateur lyse/lysogénie pourrait engendrer un risque de manipulation comportementale envers d’autres phages présents dans l’environnement.
Pour explorer cette hypothèse, l’équipe a sélectionné des phages et des bactéries couramment présents dans le sol pour analyser leurs interactions chimiques et infectieuses. Ils ont d’abord constaté qu’une plus forte concentration de peptides de signalisation produits par les phages indique une raréfaction d’hôtes disponibles, tandis qu’une plus faible concentration indique une abondance d’hôtes disponibles.
Micrographie électronique en transmission de phages à queue — des virus qui infectent les bactéries. © Citizen Phage Library et Bioimaging Center/Université d’Exeter
On pourrait alors penser que les systèmes arbitrium constituent un avantage évolutif pour les phages. Cependant, les analyses de l’équipe ont montré que d’autres espèces, parfois très éloignées de l’émetteur des signaux, peuvent les intercepter et, plutôt que d’en tirer avantage, ces intercepteurs peuvent être induits en erreur.
En effet, lorsqu’un phage détecte les signaux chimiques provenant d’une autre espèce, il semble plus susceptible de rester dormant plutôt que d’infecter les cellules hôtes présentes, et ce même si le signal ne lui était pas spécifiquement destiné. En d’autres termes, les intercepteurs des signaux auraient utilisé ceux-ci pour espionner les émetteurs, mais cette tentative mal avisée se serait retournée contre eux.
« Cela peut être bénéfique au virus qui a émis le signal, car cela empêche un autre virus de tuer des cellules, mais cela peut se faire au détriment du virus qui réagit », explique l’auteur principal de l’étude, Robyn Manley, également du Centre d’écologie et de conservation d’Exeter. « Autrement dit, la communication virale n’est pas seulement de la coopération. Parfois, c’est de la manipulation », indique-t-il.
D’après les chercheurs, cette coévolution antagoniste pourrait expliquer la diversification rapide des systèmes arbitrium et la fréquence élevée des transferts horizontaux (échange de matériel génétique entre organismes sans passer par la reproduction). Ces résultats pourraient avoir des implications en médecine humaine, en offrant une meilleure compréhension de la manière dont les microorganismes interagissent entre eux.
