Les phages filamenteux (Ff) incluent les phages M13 et f1 et possèdent une apparence filamenteuse en forme de longue tige. Ils nécessitent le pilus F pour infecter leur hôte bactérien, l’Escherichia coli (E.coli).(175) Ces bactériophages sont membres de la famille
Inoviridae du genre Inovirus.(166) D’une taille de 900 nm de long et d’une largeur de 7 nm,
ces virus ont un génome composé d’un ADN (acide désoxyribonucléique) simple brin.(167) Ces virus sont non-lytiques, ce qui veut dire qu’ils se répliquent sans tuer l’hôte qu’ils infectent. Leur mode d’assemblage est différent des phages lytiques qui finissent de se répliquer dans le cytoplasme et les nouveaux virions sont alors libérés par la lyse de la cellule hôte. Les phages filamenteux se répliquent dans l’environnement périplasmique et sont alors sécrétés de façon continue de la cellule infectée sans tuer son hôte. Ce dernier devient alors une sorte d’usine de production du phage. La cellule bactérienne infectée ne meurt pas, mais subit une réduction de son taux de croissance étant donné que le phage s’est emparé de la machinerie bactérienne pour se répliquer.(167)
Les phages filamenteux possèdent des caractéristiques différentes concernant leur mode de réplication et leur physiologie biologique par rapport aux autres types de phages. Les phages filamenteux ne peuvent se répliquer qu’en infectant les souches d’E. coli qui expriment le pilus F, une structure protéique bactérienne qui joue un rôle dans la transmission et le codage des informations génétiques de la bactérie durant sa réplication. Les conditions d’infection du Ff sont donc contrôlées. Concernant leur physiologie, les phages filamenteux sont résistants à des conditions extrêmes telles qu’un pH acide, une température élevée et les clivages enzymatiques.(167) Ils peuvent supporter un pH de 2,2 et de 4 à 6 mol/L d’urée sans perdre leur capacité d’infection, ce qui est une propriété exploitée dans les criblages in
vivo.(176)
Biologie du phage filamenteux M13
1.2.2.1.
La souche virale M13 est le phage filamenteux habituellement utilisé comme plateforme pour l’expression des peptides pour le phage display.(167) Le phage M13 a son ADN enrobé par la protéine d’enveloppe majeure pVIII d’une taille de 50 acides aminés et qui est présente en 2 700 copies dans un phage mature. (Figure 4) La taille du génome du phage
M13 est de 6407 bp. Un seul gène, le gVIII, code la protéine pVIII. Ce phage filamenteux possède les protéines d’enveloppe mineures pIII et pVI à un bout et à l’autre extrémité se trouve les protéines pVII et pIX. Chacune de ces protéines d’enveloppe mineures est présente en 4 ou 5 copies sur le phage.(175) La protéine pIII est nécessaire afin que le phage puisse infecter la cellule bactérienne par l’adsorption au niveau du pilus F. Elle a aussi comme rôle de terminer l’assemblage des nouveaux phages et de stabiliser les particules virales.(175)
Figure 4 : La structure du phage filamenteux M13. Adapté de Bratkovič, T., 2010.
L’étape d’infection du cycle lysogénique commence lorsque la protéine pIII du phage s’attache au pilus F et permet au phage d’injecter son ADN simple brin dans le cytoplasme de la bactérie. Au cours de ce processus, les protéines pIII subissent un changement de conformation ce qui permet l’interaction avec le co-récepteur bactérien TolA, la dissociation de PIII et pVI et leur incorporation dans l’enveloppe cytoplasmique de l’hôte.(177) Le brin positif d’ADN génomique du phage va détourner les fonctions habituelles de la bactérie pour pouvoir synthétiser le brin complémentaire d’ADN. Les deux brins vont alors former un ADN double brins qui est la forme réplicative (FR). La FR est utilisée comme modèle pour la synthèse d’ARN (acide ribonucléique), de protéines, d’autres FRs et d’ADN simple brin qui seront utilisés pour la production des nouveaux phages.(178) Le génome du M13 possède deux régions codantes. La première a un promoteur puissant qui va lui permettre d’exprimer les protéines qui sont requises en grand nombre de copies telles que la protéine pVIII. La deuxième région va exprimer les protéines qui ne nécessitent qu’un petit nombre de copies par l’emploi d’un promoteur moins puissant.(175) Après la synthèse, les 5 protéines d’enveloppe sont insérées dans l’enveloppe cellulaire. À l’étape d’insertion dans la membrane intérieure,
les protéines pIII et pVIII restent ancrée à la membrane par des interactions hydrophobiques après s’être débarrassées de leurs peptides signal.(167)
Durant la réplication de M13, la protéine pII coupe le site ori dans le brin positif de l’ADN, ce qui va exposer l’extrémité 3’ qui va servir de site d’initiation de la réplication par l’ADN polymérase. À la fin du cycle de réplication, la protéine pII va lier chacune des extrémités pour circulariser l’ADN. La production de FRs à partir de l’ADN simple brin continuent jusqu’à ce qu’il y ait un nombre suffisant de protéines pV qui soient exprimées.(167) Ensuite, il y a une accumulation de protéines produites par l’ADN simple brin sur le brin positif qui empêche la production des FRs. L’hydrolyse d’ATP permet la sécrétion de phages qui seront exportés à travers les canaux membranaires créés par le complexe pI et pIV. Durant cette transportation, la protéine pV va être remplacée par la protéine majeure d’enveloppe VIII et les autres protéines d’enveloppe mineures vont s’attacher à chaque bout sur le phage pour obtenir à la fin un bactériophage M13 complet.(179)