Boire ce bol d’eau du Gange peut guérir des bactéries super résistantes ?

Comparé à d’autres espèces plus macroscopiques, écrire sur un virus semble être une bataille perdue dès le départ.

Comparée à la longue histoire de l’évolution biologique, l’histoire de la civilisation humaine et de la recherche en histoire naturelle est trop courte. En tant que type particulier de virus, les bactériophages sont invisibles à l’œil nu ou au microscope optique. Ce n’est qu’avec l’avènement des microscopes électroniques que les humains ont pu avoir un aperçu de leur image complète.

Microscopie électronique à transmission du phage T4 d'Enterobacteriaceae. Image : expasy.org

Nous ne trouvons aucune œuvre littéraire ou artistique faisant l'éloge de sa structure morphologique exquise ou de son ingénieux mécanisme de reproduction, et aucun personnage historique ne laisse derrière lui d'anecdotes liées à ce sujet. À ce jour, nous ne savons toujours pas quand et où il est né. Ils existent simplement en silence dans tous les coins du monde en tant que partenaires fidèles des êtres humains dans la recherche en biologie moléculaire et en médecine.
D'innombrables « créatures » mystérieuses

En 1896, le bactériologiste britannique Ernest Hanbury Hankin, qui étudiait le choléra en Inde, a découvert par hasard qu’il y avait une substance dans l’eau non bouillie du Gange qui pouvait inhiber la croissance de Vibrio cholerae, limitant ainsi la propagation de l’épidémie de choléra. Des études ultérieures ont montré que la substance est si petite qu’elle peut traverser les filtres bactériens en céramique (qui ont des pores que les bactéries ne peuvent pas traverser).
Les rives du Gange à Varanasi, Uttar Pradesh, Inde. Image : wikimedia

Plus de 20 ans plus tard, le bactériologiste britannique Frederick Twort et le microbiologiste français Félix d'Hérelle ont découvert indépendamment une minuscule substance capable de tuer les bactéries. Twort a émis l’hypothèse que cette substance pourrait provenir d’un cycle de croissance bactérienne particulier, d’une enzyme sécrétée par les bactéries elles-mêmes ou d’un virus qui pourrait infecter les bactéries. Malheureusement, le déclenchement de la Première Guerre mondiale interrompit ses recherches. D'autre part, d'Hérelle était convaincu que l'organisme qui avait mangé sa culture de Shigella dysenteriae était un virus parasitant les bactéries. En s'appuyant sur le mot grec φαγεῖν (phageine, signifiant dévorer), il a nommé ce type de virus bactériophage.

Twort (à gauche) et d'Hérelle (à droite). Image : wikimedia

On sait maintenant que les bactériophages sont un type de virus qui peut infecter les bactéries et les archées. Ils sont composés de protéines et d’acides nucléiques et peuvent être divisés en 19 familles en fonction de leur structure morphologique et de leurs types d’acides nucléiques. Contrairement à d’autres types d’organismes, les virus ne sont pas nommés à l’aide de la nomenclature binomiale. La dénomination des virus végétaux et animaux suit généralement le format « hôte + maladie + virus », comme le virus de la mosaïque du tabac (TMV) et le parvovirus canin (CPV), tandis que les bactériophages sont généralement nommés selon le format « nom de la bactérie hôte + phage + numéro », comme le phage T4 des entérobactéries.

Le virus de la mosaïque du tabac a été le premier virus identifié par l’homme. Image : wikimedia

Dans les années 1940, le généticien américain Milislav Demerec a isolé une série de bactériophages à partir d'échantillons d'eaux usées provenant d'égouts et les a nommés bactériophages T1 à T7 en fonction de leurs hôtes et de la taille des plaques. Parmi eux, le phage T4 d'Enterobacteriaceae appartient à la famille des Myoviridae. Comme son nom l’indique, le T4 peut infecter Escherichia coli de la famille des Enterobacteriaceae. *Plaques – taches vides formées sur le milieu de culture en raison de la mort des bactéries.

Plaques qui apparaissent sur les cultures bactériennes après inoculation avec un bactériophage. Image : Ninjatacoshell/wikimedia

Dans la terminologie bouddhiste, il existe une expression appelée « le nombre de grains de sable dans le Gange » qui fait référence au nombre de choses difficiles à compter. Cela peut être utilisé pour décrire le bactériophage qui a été découvert pour la première fois dans le Gange. Actuellement, les bactériophages sont les espèces les plus nombreuses sur Terre*. On les trouve presque partout où il y a des bactéries sur Terre, et 70 % des bactéries présentes dans l’eau de mer contiennent des bactériophages. *L’essence du bactériophage est le virus. Les virus sont très particuliers et ne sont pas des « êtres vivants » au sens strict. Comme les formes de vie générales, ils portent du matériel génétique (ADN ou ARN), peuvent proliférer et évoluer par sélection naturelle, mais en même temps, ils manquent de structure cellulaire, ce qui est une raison importante pour laquelle ils sont exclus des « organismes vivants ». Actuellement, les virus sont décrits comme des « organismes aux confins de la vie ».

Biologique ou nanorobot ?

Au microscope électronique, T4 a la forme d'un têtard, d'environ 90 nanomètres de large et 200 nanomètres de long, composé d'une tête ellipsoïdale et d'une queue cylindrique. L'analyse plus approfondie de sa structure morphologique et de sa méthode de prolifération a donné à T4 un fort sentiment de science-fiction.
La tête de T4, également connue sous le nom de capside, est un icosaèdre allongé composé de 152 particules de capside protéique, qui encapsulent un ADN linéaire double brin pouvant coder 289 protéines. La tête et la queue sont reliées par un anneau de cou. La queue est une structure tubulaire creuse, composée d'un tube de queue et d'une gaine de queue extérieure, d'une plaque de base en bas, de 6 pointes reliées à la plaque de base et de 6 filaments de queue. Schéma de la structure morphologique et du schéma d'infection du bactériophage T4. Image : Guido4 / wikimedia ; Calendrier des espèces

Le processus d'infection d'Escherichia coli par T4 est similaire à une seringue miniature : après que la protéine sur la fibre de la queue reconnaît et se lie au récepteur du lipopolysaccharide sur la cellule hôte, la gaine de la queue se contracte, le tube de la queue perce la couche externe de la paroi cellulaire bactérienne et dégrade la couche interne de la paroi cellulaire sous l'action du lysozyme. L'ADN de la tête peut ensuite être injecté à l'intérieur de la bactérie par le tube de la queue sans entrave. L'ADN commence alors à se transcrire en ARN, à se traduire en protéines et à produire en masse les éléments nécessaires à l'auto-réplication pour l'assemblage : la capside vide est d'abord enveloppée dans l'ADN, combinée à la queue assemblée, et enfin connectée à la fibre de la queue. De cette manière, une cellule E. coli initialement saine est détournée et transformée en une « usine d'assemblage » de T4. Sous l'action du lysozyme et de la lipase, les parois de l'usine d'assemblage finissent par s'effondrer, et le bactériophage libéré continuera à chercher la prochaine victime. Nous ne pouvons toujours pas confirmer quand et où les phages ont évolué. Leur structure sophistiquée et leur processus efficace d'infection et de prolifération ont fait soupirer de nombreuses personnes, qui pensent qu'ils ne ressemblent pas du tout à des créatures terrestres, mais plutôt à des « nano-robots » laissés par une civilisation extraterrestre. C'est pourquoi T4 est également devenu un visiteur fréquent dans de nombreuses œuvres d'art et de science-fiction. Dans la première saison de l'animation "Rick et Morty", il y a une intrigue sur une épidémie d'E. coli, mais l'image d'"E. coli" dans le film est en fait un bactériophage déformé et déformé. "Rick et Morty".

Le T4 a une structure simple, est facile à cultiver en laboratoire et est inoffensif pour le corps humain. C'est pourquoi il est souvent utilisé comme espèce modèle dans les expériences de biologie moléculaire et de virologie. De nombreux lauréats du prix Nobel de physiologie ou de médecine ont utilisé la T4 comme modèle de recherche. Par exemple, les lauréats de 1969, Max Delbrück, Salvador Luria et Alfred Hershey, ont remporté le prix pour leur découverte du mécanisme de réplication et de la structure génétique des virus. Trois lauréats du prix Nobel de physiologie ou de médecine en 1969. Image : nobelprize.org

Phagethérapie

Si vous suivez l’actualité scientifique, vous savez probablement que les antibiotiques ne sont plus efficaces contre de nombreuses « superbactéries » résistantes aux médicaments. Actuellement, les chercheurs ont commencé à essayer d’utiliser les bactériophages comme une « nouvelle » thérapie pour contrôler les infections, et de nombreux produits à base de phages sont entrés dans la phase d’essai clinique.
En fait, la phagothérapie n’a rien de nouveau. Dès 1919, Félix d'Hérelle, le découvreur des phages, utilisait des phages isolés des excréments de poulet pour tuer les salmonelles, guérissant ainsi la fièvre typhoïde chez les poulets. En août de la même année, il a guéri avec succès deux enfants atteints de dysenterie en utilisant des phages isolés des selles de patients atteints de dysenterie guéris.
Au microscope électronique, un groupe de bactériophages infecte une bactérie et leurs tailles relatives sont clairement visibles. Photo : Graham Beards/wikimedia

Dans les années 1940, les antibiotiques, menés par la pénicilline, ont commencé à être produits en masse et commercialisés, entraînant l’oubli progressif de la phagothérapie. Seuls quelques pays, principalement l’Union soviétique, insistent encore sur la recherche et l’application de la phagothérapie. Pendant la Seconde Guerre mondiale, les bactériophages ont été utilisés pour traiter la dysenterie, la typhoïde et la gangrène chez les soldats soviétiques. En raison du manque d'antibiotiques, la République populaire de Chine nouvellement créée a développé des préparations de bactériophages avec l'aide de l'Union soviétique et a réussi à guérir des cas de dysenterie et d'infection à Pseudomonas aeruginosa. Le film « Printemps dans le monde », adapté de faits réels, raconte l'histoire de l'utilisation de bactériophages pour traiter les infections chez les patients brûlés. Depuis lors, en raison de l’abus d’antibiotiques, des « super bactéries » capables de tolérer presque tous les antibiotiques sont apparues. Face au dilemme de l'absence de médicaments disponibles, la phagothérapie est à nouveau au centre de l'attention. Par rapport aux antibiotiques, l'avantage de la phagothérapie est sa grande spécificité : tant que la bonne souche de phage est trouvée, elle ne peut atteindre que les bactéries pathogènes ciblées, tandis que les antibiotiques peuvent tuer les bactéries bénéfiques et nocives dans le même environnement. Par exemple, T4 ne tue que E. coli, et des études ont utilisé T4 et T5 ensemble pour contrôler l’infection par des souches hémorragiques d’E. coli O157:H7 dans l’intestin du mouton. Cultures d'E. coli entérohémorragique O157:H7. La plupart des E. coli ne sont pas pathogènes et seules quelques souches, comme O157:H7, peuvent provoquer des maladies infectieuses intestinales. Image : foodsafetycertification.ca

Cependant, la phagothérapie n’est pas sans défauts. Son spectre d’hôtes étroit constitue à la fois un avantage et une faiblesse. Une souche de phage ne peut souvent tuer qu'une souche spécifique d'une certaine bactérie. Trouver un phage correspondant capable de combattre le pathogène cible est donc également un défi majeur. Face à des situations d’infection complexes, les chercheurs adoptent souvent une approche de « préparation cocktail », en mélangeant plusieurs phages pour élargir le spectre de l’hôte. De plus, en tant que substance introduite dans le corps humain depuis l’extérieur, les bactériophages peuvent également stimuler les réponses immunitaires chez certaines personnes et provoquer des effets secondaires tels que des réactions allergiques. Autre rappel : bien que la phagothérapie soit prometteuse et puisse être utilisée pour traiter les bactéries super-résistantes, compte tenu de la grave pollution du Gange, il est préférable de ne pas drainer l'eau.