The bacteriofagi , sau fagii ( greacă , phageton înseamnă produse alimentare / consum), mai rar virusurile bacteriene , sunt viruși vor infecta doar bacteriile . Acestea sunt omniprezente în întreaga biosferă . Se găsesc peste tot, mai ales că mediul înconjurător este bogat în bacterii, în special în cantități mari în excremente, sol și canalizare; într-un mililitru de apă de mare există aproape 50 de milioane de bacteriofagi. Purtătorul informațiilor genetice ( genomul ) bacteriofagilor poate fi ADN sau ARN . Prin capsidele lor , fagii sunt calificați drept virusuri complexe.
Descoperirea activității bacteriofagilor a fost făcută în 1897 de Félix d'Hérelle când a observat găuri în aceste culturi de bacterii pentru a lupta împotriva roiurilor de lăcuste în America Centrală, dar al căror sens a înțeles-o abia în 1917 când a făcut aceeași observație în scaune. dintre pacienții care suferă de dizenterie bacilară (boala colonului ), au izolat primii fagi, au dezvoltat primele aplicații fagoterapeutice .
În 1915 Frederick W. Twort (la Londra ) a observat, de asemenea, că coloniile de micrococi capătă uneori un aspect sticlos, datorită distrugerii celulelor bacteriene și că această caracteristică este transmisibilă coloniilor normale prin simplul contact.
Fagii sunt instrumente fundamentale pentru cercetare și studiu în genetică moleculară. Acestea servesc printre alți vectori pentru clonarea și transferul genelor (numite și transducție). În anii 1940-1960, lucrările efectuate asupra bacteriofagilor au făcut posibilă realizarea multor progrese în domeniul biologiei moleculare (progrese realizate de Max Delbrück , în cadrul „ grupei fagului ”) și, în special, a făcut posibilă descoperiți că acizii nucleici au fost purtătorii informațiilor genetice (experimentul Hershey-Chase în 1952).
Bacteriofagii au fost folosiți în Franța în scopuri terapeutice între 1920 și 1990 și sunt încă utilizați în fostul bloc estic , unde bacteriofagii pot fi cumpărați în farmacii fără prescripție medicală. În Franța, se confruntă cu incapacitatea autorităților de sănătate pentru a accelera reintroducerea tratamentului cu fagi pentru motive de reglementare și administrative, asociații și grupuri de pacienți și medicii sunt subliniind semnificative beneficiile pe care le poate aduce la pacienții infectați cu germeni. Rezistenta in situatii de terapeutice impas sau infecție cronică recurente și lipsa de risc observate în timpul celor 70 de ani de utilizare în Franța în XX - lea secol.
La fel ca virusurile care infectează eucariotele , un fag are material genetic încapsulat într-o structură proteică complexă constând de obicei dintr-un cap și o coadă. Pentru mai mult de 95% din fagii cunoscuți, acest material este o moleculă de ADN bicatenar cu o lungime de 5 până la 650 kbp ( kilobaze ) și dimensiunea acestora variază de la 24 la 200 nm . Bacteriofagii cu un genom mai mare de 200 kbp sunt numiți „fagi jumbo”.
Fagii se caracterizează prin prezența „plăcilor de liză ” . Infecția unei celule bacteriene de către un singur fag poate provoca liza acesteia după aproximativ douăzeci de minute cu eliberarea a câteva zeci sau chiar sute de particule de fagi. În laborator, fiecare particulă eliberată în acest mod va infecta o nouă bacterie și va începe din nou ciclul litic. Ca urmare a acestor lize microscopice în cascadă, se formează „plăci de liză” în stratul bacterian de pe suprafața plăcilor de agar, permițând citirea rezultatelor testului cu ochiul liber. Mărimea și aspectul acestor plăci de liză constituie un fenotip care contribuie la caracterizarea fagilor.
Bacteriofagii, incapabili să se reproducă singuri, își injectează materialul genetic în bacteriile gazdă. Datorită enzimelor și ribozomilor gazdei (și a anumitor proteine virale în funcție de caz), genomul viral poate fi reprodus și tradus pentru a forma numeroase copii ale virusului care sunt eliberate odată cu liza bacteriei gazdă: vorbim despre ciclul litic sau ciclul de producție.
Unii bacteriofagi se comportă diferit, materialul lor genetic este reprodus și se integrează cu cromozomul bacteriei (sau există ca o plasmidă ), dar nu este exprimat pentru a forma virioni. Virusul este apoi denumit profag , care este transmis descendenților bacteriilor infectate (linia lizogenă) și vorbim de lizogenie sau ciclu lizogen . Ca răspuns la inducție (de exemplu, stresul bacteriilor), infecția lizogenă trece la un ciclu litic.
De la o specie la alta, ciclul de replicare a fagului în celulă poate urma mai multe tipare:
Fagii, ca și alți viruși, sunt vulnerabili la razele UV solare , cunoscute pentru a ajuta la distrugerea virușilor, cel puțin în partea de sus a coloanei de apă , și mai mult sau mai puțin adânci în funcție de turbiditatea apei.
În apele mai eutrofe sau chiar distrofice , o altă cauză de distrugere virală (încă slab înțeleasă) pare a fi prezența moleculelor antivirale dizolvate, labile la căldură și cu greutate moleculară mare (mai mult de 30 kDa ), cum ar fi proteaze sau alte enzime bacteriene , probabil care în timpul experimentelor efectuate de Noble & al. în 1997 părea să fie responsabil pentru aproximativ 1/5 din dezintegrarea maximă a virușilor; în plus față de radiația solară care elimină maximum 1/3 până la 2/3 (când vine vorba de viruși non-nativi) și 1/4 până la 1/3 când vine vorba de viruși nativi) sugerând fenomene de co-evoluție adaptare evolutivă între bacterii și viruși și în funcție de rata de radiații solare UV care pătrunde în coloana de apă.
Organismul responsabil de nomenclatura și taxonomia virușilor se numește Comitetul internațional pentru taxonomia virusurilor (ICTV). Există aproximativ douăzeci de morfologii diferite în virusurile bacteriene recunoscute în prezent de ICTV. În 2000, au fost observate și descrise mai mult de 5.000 de bacteriofagi diferiți. Mai mult de 95% dintre ei aveau o coadă implicată în intrarea ADN-ului fagic în celula bacteriană (familia Caudovirales ). Morfologia cozii permite acestei familii numeroase să fie împărțită în 3 grupe :
Deoarece fagii pot transporta gene în genomul lor care sunt accesorii ciclului lor de viață, ei participă la transferuri orizontale de gene între populațiile bacteriene. Este transducție . Atunci când aceste gene accesorii codifică factorii de virulență, bacteria infectată vede că patogenitatea acesteia a crescut - acesta este fenomenul „conversiei lizogene”.
Un exemplu bine-cunoscut este cel al genelor toxinei Stx ale Escherichia coli enterohemoragică ( EHEC ). Aceste gene stx sunt localizate în secvențe de bacteriofagi lambdoizi integrați în cromozom. Prin urmare, EHEC-urile ar fi apărut prin conversie lizogenă. Sunt cunoscute multe alte exemple de acest tip, cum ar fi toxina holerică a Vibrio cholerae, care este purtată de fagul CTX.
Bacteriofagii lizogeni sunt adesea integrați în cromozom la locusul care codifică ARN-urile de transfer (ARNt). De exemplu, fagul ¨PhiR73 de la Escherichia coli este inserat la locus selC . Achiziționarea de gene străine prin transfer orizontal, datorită bacteriofagilor care se integrează în astfel de „puncte fierbinți” este plauzibilă, deoarece secvențele care codifică ARNt sunt foarte conservate între diferitele specii bacteriene. În cele din urmă, persistența genelor de virulență în genomii fagului sugerează că acestea conferă un avantaj selectiv, posibil datorită multiplicării și difuziei mai mari a bacteriei gazdă.
În anii 1960, cercetările efectuate pe interacțiunile gazdă / fag de către biologii americani Max Delbrück , Alfred Hershey și Salvador Luria au câștigat acestor cercetători Premiul Nobel pentru medicină-fiziologie în 1969 .
Fagii au permis diverse descoperiri:
Studiul fagilor are implicații importante în medicină și genetică , în special pentru înțelegerea infecțiilor virale, a anomaliilor genetice, a embriologiei umane, a cauzelor cancerului și a rezistenței bacteriene la antibiotice.
Fagii sunt utilizați în mai multe moduri în biologia moleculară. Sunt folosiți ca vectori de clonare pentru a insera ADN în bacterii. De afișare a fagului metoda este o metodă care permite selectarea unei peptide datorită prezentării sale pe suprafața fagului. Afișare a fagului este o tehnică pentru construcția bibliotecii ADN sau ADN complementar. Cei 2 fagi principali utilizați în această tehnică sunt M13 (fagul filamentos) și fagii lambda care ambii infectează E. Coli . Să luăm exemplul fagului M13 care este un fag filamentos capabil să infecteze doar bacterii gram (-) care au încorporat factorul F și a căror infecție duce la lizogenie. Capsidul său conține, printre altele, proteinele P8 și P3 necesare pentru legarea bacteriofagului de bacterii prin intermediul pililor sexuali. Aceste 2 proteine vor fi utilizate pentru a prezenta molecule de interes (peptidă, fragment de anticorp sau proteină întreagă) pe suprafața fagului: molecula de interes este fuzionată cu proteinele P8 și P3, prin inserarea genei care codifică molecula de interes în apropierea celor 5 ′ Capătul genelor P3 și P8 respectând în același timp cadrul de citire. Una sau alta dintre proteine este utilizată în funcție de tipul de moleculă și de cantitatea de molecule care trebuie expuse pe suprafața fagului. Se face distincția între fagii polivalenți / omogeni, unde toate proteinele P3 și P8 sunt fuzionate, de fagii monovalenți / eterogeni în care numai o parte a proteinelor sunt fuzionate. Tehnica face posibilă obținerea de biblioteci de ADN care pot fi ușor conservate, iar clonele selectate sunt înmulțite la un cost redus. Această tehnică va face posibilă producerea de anticorpi fără a fi nevoie să treacă prin imunizarea unui animal. Limitarea tehnicii: unele molecule nu pot fi exprimate ca molecule toxice pentru celula gazdă. Prin urmare, există o capacitate limitată de a transforma E. Coli .
Secventiere a unui genom nu se întâmplă dintr -o dată, dar puțin câte puțin pe fragmente de genomuri. Pentru aceasta, aceste fragmente de ADN pot fi stocate și multiplicate în organisme care servesc drept bănci de ADN. Fagii ca vectori de clonare permit acest lucru.
Folosiți în principal în industria alimentară și apoi în medicina veterinară, fagii sunt studiați și în medicină ca alternativă la rezistența la antibiotice. În Olanda, un cocktail de fagi este, de asemenea, comercializat pentru a lupta împotriva contaminărilor cu Listeria din produsele alimentare.
Conservant alimentarÎn 2006 , în Statele Unite , un preparat bacteriofag pe bază de șase virusuri bacteriofage a fost autorizat ca conservant alimentar , în special pentru a lupta împotriva listeriozei .
Medicină VeterinarăMai mult de jumătate din antibioticele produse sunt utilizate în creșterea animalelor. Preparatele pe bază de fagi oferă o alternativă interesantă pentru controlul și prevenirea infecțiilor. În Norvegia, se efectuează studii clinice în acvacultură.
Medicina umanăFagii litici pot fi folosiți pentru combaterea infecțiilor bacteriene, aceste terapii cu fagi au fost imaginate și utilizate de îndată ce au fost descoperite aceste virusuri. Aceasta se numește tratament bacteriofag . Au fost utilizate mai întâi în Franța, în Germania, apoi în Georgia independentă, în URSS, în Polonia , în Statele Unite și, în cele din urmă, în toată lumea, cu sau fără adăugarea de tratament cu antibiotice .
În Franța, utilizarea și comercializarea acestora au dispărut la începutul anilor 1980 (au fost găsite în Vidal până în 1978 și au fost încă folosite de ani de zile în anumite spitale, cum ar fi în Montpellier), eficacitatea lor nefiind pusă la îndoială. practic decât cel al antibioticelor și rămânând destul de empiric (fără evaluare a specificității fagilor, fără titrare a soluțiilor etc.). În același mod, Eli Lilly încetează comercializarea fagilor în Statele Unite odată cu dezvoltarea antibioticelor.
Pe de altă parte, utilizarea medicamentelor bacteriofage a fost menținută în țările din blocul sovietic și sunt încă utilizate în mod obișnuit în Georgia și Rusia. Medicamentele bacteriofagice sunt utilizate în mod obișnuit ca primă abordare în Rusia pentru tratarea anumitor infecții, cum ar fi shigeloza . Consumul în Rusia este de peste 1.000.000.000 (un miliard) de cutii de fagi pe an.
Terapia cu fagi face în prezent obiectul unui interes reînnoit, deoarece prezintă o soluție pentru tratarea infecțiilor cu tulpini bacteriene rezistente la antibiotice. Bacteriofagii constituie o cale serioasă în descoperirea tratamentelor de durată împotriva infecțiilor bacteriene.
Mai multe companii din întreaga lume lucrează la dezvoltarea soluțiilor de bacteriofagi în conformitate cu standardele occidentale. În Franța, compania Pherecydes Pharma dezvoltă „cocktailuri fagice” pentru a trata / preveni infecțiile cu răni mari expuse (arsuri în special) și infecții pulmonare.
Terapia de fagi este acum posibilă în Franța , ca parte a autorizare temporară de utilizare înregistrat, adică în fiecare caz, și în limitele prevăzute de ANSM:
Se adaugă următoarele restricții:
Confruntate cu dificultățile de a se trata cu bacteriofagi în cadrul legal, au fost înființate organizații de pacienți în Franța pentru a facilita accesul la terapia cu fagi atât în Franța, cât și în străinătate.
Mai multe asociații franceze se concentrează asupra bacteriofagilor:
Phages.fr : rețea științifică franceză cu scop național al cărui scop este promovarea, coordonarea și integrarea studiilor privind interacțiunile bacteriofage-bacterii în diferite discipline științifice, promovând în același timp stabilirea de colaborări și sinergii între laboratoare.
AVIBEP : Asociația Victimelor Interzicerii Bacteriofagelor Străine și a rudelor acestora , își propune să ajute pacienții să aibă acces la fagii francezi și străini, astfel încât un pacient să nu mai fie condamnat să moară sau să fie amputat, fără a fi fost tratat anterior cu fagoterapie. când este posibil, inclusiv cu bacteriofag străin, dacă este necesar. Asociația solicită ca, pe de o parte, medicamentele aprobate în străinătate să fie autorizate automat în Franța în cadrul reglementărilor actuale de compasiune și, pe de altă parte, să fie înființat din nou un centru de producere a bacteriofagilor în Franța. Cerere, similară cu cea a Institutelor Pasteur în Paris, Lyon și Strasbourg au făcut-o de cincizeci de ani pentru medici și spitale din oraș. Se bazează pe studiul Burden BMR pentru a susține că în fiecare an se pierd aproximativ 10.000 de vieți care ar putea fi salvate de bacteriofagi străini.
Le Lien : Asociație pentru apărarea pacienților și a utilizatorilor de sănătate. Misiunea sa principală este de a apăra victimele infecțiilor nosocomiale și ale accidentelor medicale, indiferent dacă sunt erori, greșeli sau pericole. Ea militează pentru reintroducerea bacteriofagului în Franța.
Phag Espoirs : își propune să promoveze, pe de o parte, cercetarea și utilizarea bacteriofagilor în domeniul diagnostic și terapeutic și, pe de altă parte, să sprijine pacienții care doresc să afle mai multe despre bacteriofagi. Asociația este formată în principal din medici.
Phages sans frontières : strângere de fonduri și sfaturi pentru a ajuta pacienții să caute tratament în Georgia.
PHELIX Franța: în colaborare cu Universitatea din Leicester din Regatul Unit, desfășoară un proiect pentru detectarea infecțiilor cronice de către Borrelia (boala Lyme) utilizând virusuri bacteriofage.