Comment les bactéries gardent rancune aux virus
Les microbes présents dans les écosystèmes naturels sont constamment menacés par les virus. Pour survivre dans cet environnement hostile, les bactéries ont développé un système immunitaire adaptatif appelé CRISPR-Cas. «Un aspect vraiment intéressant de ce système immunitaire est le fait que les microbes sont capables de mémoriser des virus individuels», explique le coordinateur du projet, Stan Brouns, professeur agrégé de biologie moléculaire à l’Université de technologie de Delft, aux Pays-Bas. «Ils le font en détournant et en stockant l’information génétique virale.» Stan Brouns a fait cette récente découverte lorsqu’il a vu des bactéries lancer une réponse immunitaire amorcée contre des virus fortement mutés. «Cela implique que le système CRISPR-Cas se souvient des menaces sur le long terme», explique-t-il. «Cela apporterait un immense avantage en termes d’évolution.»
Une mémoire à long terme
Stan Brouns a voulu pousser cette découverte plus loin. Le projet REMEMBER, soutenu par le Conseil européen de la recherche, lui a permis de rejoindre l’université de Delft, où il a pu établir son propre laboratoire dédié et rassembler une équipe talentueuse. «Je voulais vraiment comprendre le mécanisme qui sous-tend ce processus de formation de mémoire amorcée contre les virus», précise-t-il. «Les virus mutent, comment les bactéries peuvent-elles donc maintenir cette mémoire à jour et garder une longueur d’avance?» Stan Brouns et son équipe sont parvenus à des découvertes surprenantes grâce à une combinaison d’approches génétiques et biochimiques, dont l’imagerie moléculaire de pointe des cellules Escherichia coli vivantes. «La grande question que nous avons posée était de savoir comment les bactéries sont capables de maintenir leur mémoire à jour», poursuit-il. «Nous avons découvert, que les “ciseaux génétiques” moléculaires, semblables à ceux découverts par le prix Nobel de chimie de cette année, sont essentiels à la défense contre les virus.» Les bactéries utilisent ces ciseaux moléculaires pour couper des morceaux d’ADN viral. La destruction de cet ADN est couplée à la formation de nouvelles mémoires, et c’est ce couplage qui permet de tenir à jour les banques de données du système CRISPR. «Nous avons également identifié le rôle d’une nouvelle protéine particulière, qui assure le fonctionnement des ciseaux moléculaires et la fonctionnalité des mémoires acquises», explique Stan Brouns. «Et pour la première fois, nous avons pu observer en direct la manière dont les systèmes CRISPR fonctionnent réellement dans les cellules.» Stan Brouns a pu analyser, grâce à une approche microscopique avancée, la manière dont ces ciseaux moléculaires scannent l’ADN pour trouver la séquence spécifique qu’ils ciblent. «Il s’agit d’une tâche immense, car les cellules sont emplies d’ADN», précise-t-il. «Nous avons constaté que ces ciseaux fonctionnaient remarquablement vite, ce qui explique aussi la raison pour laquelle les systèmes CRISPR sont si efficaces.»
Un monde de possibilités
Stan Brouns estime que les connaissances fondamentales acquises dans le cadre de REMEMBER contribueront à redéfinir notre compréhension de la relation évolutive complexe entre les bactéries et les virus. «Nous avons pu montrer la manière dont les systèmes CRISPR sont continuellement actualisés, et comment cela se produit», fait-il remarquer. D’après Stan Brouns, des scientifiques américains ont montré comment les mémoires CRISPR peuvent être mises à profit pour le stockage de données biologiques. Les images informatiques, par exemple, peuvent être converties en séquences d’ADN et stockées dans les systèmes CRISPR. Stan Brouns est en train de constituer une biobanque de bactériophages (les virus des bactéries). «Il existe une possibilité pour que ceux-ci puissent présenter des alternatives aux antibiotiques», ajoute-t-il. «De nombreuses recherches sont encore nécessaires avant que nous puissions envisager une utilisation clinique. Mais la grande question est de savoir si elles pourraient un jour être utilisées comme thérapie, et si nous pourrions éviter que les bactéries deviennent résistantes aux virus grâce à leur système CRISPR.»
Mots‑clés
REMEMBER, virus, bactéries, immunité, antibiotiques, CRISPR, moléculaire, biologie, génétique