1 Les virus : interactions virus / cellules hôtes, cycles de multiplication

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Les virus : Les virus : interactions virus / interactions virus /

cellules hôtes, cycles cellules hôtes, cycles de multiplicationde multiplication

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Les diverses Les diverses interactions interactions phages / bactériesphages / bactéries

Existence de 2 possibilités selon la nature du phage :

1- Soit une interaction productive conduisant à la formation de multiples particules virales libérées par lyse de la bactérie infectée.

2- Soit une interaction intégrative conduisant à la l’intégration du génome du phage dans l’ADN de la bactérie.

Cycle lytique dû à des phages dits virulents se multipliant dans une bactérie sensible

Phénomène de lysogénie dû à des phages dits tempérés se trouvant dans une bactérie lysogène

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1- 1- Le cycle lytique d’un phage virulent chez une bactérie sensible (ex : phage T2 ou

T4)

Virologie 5

Rappel de la structure du bactériophage

1-1- 1ère étape : fixation (adsorption du phage sur la bactérie)

1-1-1- Lieu d’adsorption du phage sur la bactérie et constituant du phage responsable de l’adosption

Les phages ne se fixent que sur les parois bactériennes (éventuellement sur les pili ou les flagelles)

Les phages se fixent sur la bactérie grâce à leur plaque caudale et à leurs fibres.

1-1-1- 1ère étape : fixation (adsorption du phage sur la bactérie

1-1-1-2- Condition pour que la bactérie permette la fixation du phage

Pas de phages fixés

Beaucoup de phages fixés

1-1- 1ère étape : fixation (adsorption du phage sur la bactérie

1-1-2- Condition pour que la bactérie permette la fixation du phage

Présence nécessaire dans la paroi bactérienne de récepteurs spécifiques au phage

La bactérie qui a des récepteurs spécifiques est alors dite sensible au phage

Nature des récepteurs bactériens spécifiques des phages :- glycoprotéines pariétales- lipopolyosides pariétaux.

1-1- 1ère étape : fixation (adsorption du phage sur la bactérie

1-1-3- Mécanisme de l’interaction assurant l’adsorption

Interactions électrostatiques entre - des groupements aminés des

protéines phagiques- des groupements acides des

récepteurs bactériens.

1-2- 2ème étape : pénétration du phage dans la bactérie

1-2-1- Nature du (ou des) constituant(s) du phage pénétrantDescription de l’expérience de Hershey et Chase

Utilisation de phages dont :- l’ADN est rendu radioactif par la présence de phosphore 32- les protéines sont radioactives par la présence de soufre 35.

Contact 10 minutes de ces phages avec des bactéries sensibles, puis centrifugation : les bactéries sont dans le culot.

Recherche de la radioactivité dans le culot et le surnageant :- le surnageant est marqué au soufre 35- le culot est marqué au phosphore 32.

1-2- 2ème étape : pénétration du phage dans la batérie

1-2-1- Nature du (ou des) constituant(s) du phage pénétrantAnalyse et interprétation de l’expérience de Hershey et Chase

Radioactivité due au phosphore 32 présente dans le culot bactérien :

l’ADN se retrouve dans les bactéries

Radioactivité due au soufre 35 absente du culot :les protéines ne pénètrent pas dans les bactéries.

Bilan : seul l’acide nucléique du phage pénètre dans la bactérie, la capside vidée reste à l’extérieur à la surface

de la bactérie (ghost = fantôme)

1-2- 2ème étape : pénétration du phage dans la bactérie

1-2-2- Mode de pénétration de l’ADN

Observation en microscopie électronique

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Phage qui n’a pas encore injecté son ADN

Phage qui a injecté son ADN

1-2- 2ème étape : pénétration du phage dans la bactérie

1-2-2- Mode de pénétration de l’ADN

Analyse de l’observation faite en microscopie électronique

L’axe creux de la gaine franchit la paroi et la membrane plasmique de la bactérie

La gaine se contracte, ce qui provoque l’injection de l’acide nucléique du phage dans le cytoplasme bactérien (« microseringue »)

novembre 2006 Cellule procaryote 15

Bilan : mécanisme d’adsorption et de pénétration

1- Perçage de la paroi par une peptidoglycanase présente dans la plaque caudale du phage (création d’un trou dans la paroi)

2- Contraction de la gaine de la queue (mécanisme consommant de l’énergie)

3- Pénétration de l’axe tubulaire creux de la queue dans la brèche pariétale jusqu’au contact de la membrane

4- Injection de l’acide nucléique du phage jusque dans le cytoplasme bactérien.

1-3- 3ème étape : phase d’éclipse (les phénomènes dans le cytoplasme bactérien)

1-3-1- Caractéristiques de cette phase

- Phase durant laquelle aucune particule virale n’est visible en microscopie électronique

- Phase durant laquelle se déroule tout un ensemble d’évènements découlant de l’expression du génome viral.

1-3- 3ème étape : phase d’éclipse (les phénomènes dans le cytoplasme bactérien)

1-3-2- Suivi des évènements au niveau moléculairea/ étude expérimentaleRésultats expérimentaux

1-3- 3ème étape : phase d’éclipse (les phénomènes dans le cytoplasme bactérien)

1-3-2- Les évènements moléculairesAnalyse des résultats expérimentaux :

- Certaines protéines virales apparaissent rapidement alors que l’ADN viral n’est pas encore répliqué, c’est la phase précoce

- Lorsque les protéines virales de la phase précoce sont synthétisées, l’ADN viral est répliqué et d’autres protéines sont synthétisées, c’est la phase tardive.

1-3- 3ème étape : phase d’éclipse (les phénomènes dans le cytoplasme bactérien)

1-3-2- Suivi des évènements au niveau moléculaireb/ étude de la phase précoce

Définition : ensemble des évènements survenant dans la cellule infectée avant que ne soit répliqué l’ADN du virus, évènements correspondant essentiellement à la transcription et à la traduction de certains gènes de l’ADN viral dits gènes précoces.

Evènements de cette phase : Gènes précoces m ARN protéines précoces

transcription traduction

- ADN polymérase utile à la réplication de l’ADN-ARN polymérase utile à la transcription des gènes tardifs- Dnase responsable de la destruction de l’ADN bactérien

1-3- 3ème étape : phase d’éclipse (les phénomènes dans le cytoplasme bactérien)

A la fin de la phase précoce : lyse du DNA bactérien

Toute expression des gènes bactériens est

bloquée et toute la machinerie métabolique de

la bactérie pourra être utilisée pour le virus

1-3- 3ème étape : phase d’éclipse (les phénomènes dans le cytoplasme bactérien)

1-3-2- Suivi des évènements au niveau moléculaireb/ étude de la phase précoce (suite)

Modalités de la transcription pendant cette phase : mise en jeu

- le plus souvent d’une polymérase de la cellule bactérienne

- des ribonucléotides de la cellule bactérienne

Modalités de la traduction pendant cette phase : mise en jeu

- de la machinerie métabolique de la cellule bactérienne (ribosomes, acides aminés, ARN de transfert, enzymes….)

1-3- 3ème étape : phase d’éclipse (les phénomènes dans le cytoplasme bactérien)

1-3-2- Suivi des évènements au niveau moléculairec/ étude de la phase tardiveDéfinition : ensemble des évènements correspondant à :

- la réplication de l’ADN viral - et à la transcription et traduction de certains gènes de l’ADN viral dits gènes précoces.

Evènements de cette phase : 1 ADN viral n ADN viraux

ARN polymérase (synthétisée pendant la phase précoce)Gènes tardifs m ARN protéines tardives

transcription traduction

- Protéines structurales du virus (protéines de la tête et de la queue)-Protéines non structurales nécessaires à l’assemblage et à la maturation du virus

1-3- 3ème étape : phase d’éclipse (les phénomènes dans le cytoplasme bactérien)

Bilan de la phase d’éclipse :

Toute la machinerie métabolique de la cellule bactérienne hôte intervient pour la synthèse des constituants de nouveaux virus.

Seul un virus ne peut donc pas se multiplier.

C’est la raison pour laquelle un virus est un parasite intracellulaire obligatoire.

1-4- 4ème étape : phase de maturation (= phase d’assemblage = morphogénèse des virions)

1-4-1- Caractéristique de cette phase - Phase durant laquelle commencent à

apparaître des phages observables dans la bactérie1-4-2- Chronologie des évènements durant cette phase

- Assemblage des protéines de la tête pour donner des têtes et assemblage des protéines de la queue pour donner des queues.

- Pénétration d’1 molécule d’ADN dans chaque tête (nucléocapside)

- Assemblage d’une tête et d’une queue et de fibres constituant un virion

- Accumulation de virus dans le cytoplasme bactérien.

1-5- 5ème étape : phase de libération (= phase d’assemblage = morphogénèse des virions)

1-5-1- Caractéristiques de cette phase - Phase durant laquelle commencent à

apparaître des phages libres- Apparition de phages libres environ 25

minutes après l’adsorption - Libération de 200 à 300 phages identiques

1-5-2- Mécanisme de la libération - Rupture de la paroi bactérienne lysée par

une peptidoglycanase présente dans la plaque caudale des phages.

- Bactérie lysée- Phages libérés dans le milieu.

Bilan : cycle de reproduction d’un phageAdsorption

Pénétration

Phase d’éclipse : phase précoce

Phase d’éclipse : phase tardive

Phase de maturation

Phase de libération

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2- 2- La lysogénie

2-1- Etude expérimentale

Culture d’Escherichia coli K 12 avant d’être exposée à des UV

Culture d’Escherichia coli K12 après exposition à des UV

2-1- Etude expérimentale

Observation au microscope électronique du produit de raclage au niveau de la plage de lyse

Présence de phages I qui sont lytiques après l’irradiation

Où et sous quelle forme sont ces phages qui ne lysent pas la bactérie s’il n’y a pas eu irradiation et la lyse après ?

2-1- Etude expérimentale

Résultat 2 Mise en contact de la culture d’E. coli K12 avec des Ac anti I afin de neutraliser les particules virales libres dans la culture. Irradiation de la culture d’E. coli K12 traitées par les UV suivie d’un étalement.

Observation de plages sans culture provenant de la lyse des bactéries (plages de lyse).

2-1- Etude expérimentale

Observation au microscope électronique du produit de raclage au niveau de la plage de lyse

Les phages I ne sont donc pas libres dans la suspension, ils sont à l’intérieur de la bactérie

2-1- Etude expérimentale

Le virus I est à l’état de prophage, seul son acide nucléique se trouve dans la bactérie intégré à l’ADN bactérien

L’ADN du phage intégré :- se réplique en

même temps que celui de la bactérie

- a certains gènes transcrits et traduits.

Ce virus est dit virus tempéré

2-2- Définition de la lysogénie

Lysogénie = situation où la bactérie héberge un prophage (acide nucléique du phage intégré dans l’ADN bactérien qui se réplique en même temps que lui et dont certains gènes sont traduits), ce prophage ne prend pas le contrôle de la cellule hôte et ne la détruit pas.

2-3- étapes de la lysogénie

2-3-1- 1er temps : fixation, adsorption, pénétration

Etapes identiques à celles d’une infection lytique

Conséquence : l’ acide nucléique se retrouve à l’intérieur de la bactérie.

2-3- Etapes de la lysogénie

2-3-2- 2ème temps : intégration de l’ADN

- Circularisation de l’ADN viral

- Intégration de l’ADN viral en un site spécifique de l’ADN bactérien :

* coupure de l’ADN bactérien en un point précis par une enzyme de restriction en laissant des bouts collants spécifiques

* intégration de l’ADN viral grâce aux bouts collants.

Virus dont l’ADN est intégré = prophageBactérie hébergeant le prophage = bactérie lysogèneBactérie est lysogénisée.

2-3- Etapes de la lysogénie

2-3-3- 3ème temps : conversion lysogénique de la bactérie

- Transcription et traduction de quelques gènes viraux, donc synthèse de protéines virales libérées dans le cytoplasme bactérien

Conséquences : - les protéines virales synthétisées

confèrent à la bactérie de nouvelles propriétés

- modifications antigéniques de la bactérie

- acquisition d’une immunité vis-à-vis d’autres phages

2-3- étapes de la lysogénie

Exemples de propriétés nouvelles conférées à la bactérie par les protéines virales

- Synthèse de toxine diphtérique par Corynebacterium diphteriae que si la bactérie est lysogénisée par le prophage

- Synthèse de toxine érythrogène par Streptococcus A lysogénisé, Streptococcus responsable alors de scarlatine

…………

2-3- étapes de la lysogénie

Exemples de modifications antigéniques

- Modification des Ag O de la paroi des Salmonella par un prophage codant des enzymes modifiant le LPS de la membrane externe.

…………

2-4- Conditions du maintien du caractère lysogène

ELEMENT RESPONSABLE Nécessité d’une protéine virale

(résultant de la traduction d’un gène viral) = REPRESSEUR viral protéinique

MECANISME D’ACTION DU REPRESSEUR- Fixation du répresseur en un point

précis du génome viral appelé OPERATEUR

- Fixation bloquant la transcription et la traduction de la plupart des autres gènes viraux, sauf quelques uns Conséquence : absence de

multiplication virale

2-4- Conditions du non maintien du caractère lysogène = conditions d’induction d’un cycle lytique

ELEMENT RESPONSABLE Nécessité d’une perte d’affinité du

REPRESSEUR pour l’OPERATEUR.Perte d’affinité = conséquence d’une

mutation de l’opérateurAbsence d’action du répresseur, le

génome viral redevient autonome par rapport au génome bactérien, un cycle lytique classique se produit.CAUSES DE MUTATIONS DE L’OPERATEUR

- Rayons UV, X- Action d’une substance toxique ou

d’un antibiotique- privation nutritionnelle

novembre 2006 Cellule procaryote 42

Cas particulier de la traduction

Définition : Transfert de matériel génétique d’une

bactérie à une autre ou d’une cellule à une autre par l’intermédiaire d’un virus.

Mécanisme : Au cours de l’induction d’un cycle lytique, des fragments d’ADN bactérien se trouvent intégrés à l’ADN viralTransmission de l’ADN viral et du fragment d’ADN bactérien à une autre bactérie lysogène

La nouvelle bactérie lysogénisée acquiert des propriétés nouvelles qui étaient celles de la première bactérie