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16.3: Cycle lytique des bactériophages

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Lytic Cycle of Bacteriophages

16.3: Lytic Cycle of Bacteriophages

16.3: Cycle lytique des bactériophages

Bacteriophages, also known as phages, are specialized viruses that infect bacteria. A key characteristic of phages is their distinctive “head-tail” morphology. A phage begins the infection process (i.e., lytic cycle) by attaching to the outside of a bacterial cell. Attachment is accomplished via proteins in the phage tail that bind to specific receptor proteins on the outer surface of the bacterium. The tail injects the phage’s DNA genome into the bacterial cytoplasm. In the lytic replication cycle, the phage uses the bacterium’s cellular machinery to make proteins that are critical for the phage’s replication and dispersal. Some of these proteins cause the host cell to take in water and burst, or lyse, after phage replication is complete, releasing hundreds of phages that can infect new bacterial cells.

Phage Therapy

Since the early 20th century, researchers have recognized the potential value of lytic bacteriophages in combating bacterial infections in crops, humans, and agricultural animals. Because each type of phage can infect and lyse only specific types of bacteria, phages represent a highly specific form of anti-bacterial treatment. This quality stands in contrast to the familiar antibiotic drugs that we often take for bacterial infections, which are typically broad-spectrum treatments that kill both pathogenic and beneficial bacteria. The widespread use of broad-spectrum antibiotics has caused the evolution of bacterial resistance to whole classes of these drugs, rendering once treatable infections potentially deadly. As more pathogenic bacteria evolve resistance to antibiotics, narrow-spectrum phage therapy may become a useful alternative. Because phages are highly specific in the bacteria that they infect, the evolution of resistance to phages would also be limited to the particular strain of bacteria.

However, several obstacles must be overcome for phage therapy to become a viable alternative to antibiotics. For instance, the high specificity of phages is also a drawback, because different phages would be needed for each species of the bacterial pathogen or even strain of bacteria within a pathogenic species. It would, therefore, be difficult to produce phages for many different bacterial infections at a large scale. Furthermore, because of phage specificity, it would be necessary to either know the particular bacterial strain that is causing an infection or use a cocktail of multiple different phages in the treatment and hope that one of them matches the pathogenic bacteria. Despite these drawbacks, phage therapy remains an active area of research.

Les bactériophages, aussi connus sous le nom de phages, sont des virus spécialisés qui infectent les bactéries. Une caractéristique clé des phages est leur morphologie distinctive de « queue de tête ». Un phage commence le processus d’infection (c.-à-d. le cycle lytique) en s’attachant à l’extérieur d’une cellule bactérienne. L’attachement est réalisé par l’intermédiaire de protéines dans la queue de phage qui se lient à des protéines de récepteur spécifiques sur la surface externe de la bactérie. La queue injecte le génome de l’ADN du phage dans le cytoplasme bactérien. Dans le cycle de réplication lytique, le phage utilise les machines cellulaires de la bactérie pour fabriquer des protéines essentielles à la réplication et à la dispersion du phage. Certaines de ces protéines provoquent la cellule hôte à prendre dans l’eau et éclater, ou lyse, après la réplication phage est terminée, libérant des centaines de phages qui peuvent infecter de nouvelles cellules bactériennes.

Phage Therapy

Depuis le début du 20e siècle, les chercheurs ont reconnu la valeur potentielle des bactériophages lytiques dans la lutte contre les infections bactériennes chez les cultures, les humains et les animaux agricoles. Parce que chaque type de phage peut infecter et lyse seulement des types spécifiques de bactéries, les phages représentent une forme très spécifique de traitement antibactérien. Cette qualité contraste avec les antibiotiques familiers que nous prenons souvent pour les infections bactériennes, qui sont généralement des traitements à large spectre qui tuent à la fois les bactéries pathogènes et bénéfiques. L’utilisation généralisée d’antibiotiques à large spectre a provoqué l’évolution de la résistance bactérienne à des classes entières de ces médicaments, rendant une fois les infections traitables potentiellement mortelles. Comme plus de bactéries pathogènes évoluent résistance aux antibiotiques, la thérapie de phage à spectre étroit peut devenir une alternative utile. Étant donné que les phages sont très spécifiques dans les bactéries qu’ils infectent, l’évolution de la résistance aux phages serait également limitée à la souche particulière des bactéries.

Cependant, plusieurs obstacles doivent être surmontés pour que la thérapie de phage devienne une alternative viable aux antibiotiques. Par exemple, la grande spécificité des phages est également un inconvénient, parce que différents phages seraient nécessaires pour chaque espèce de l’agent pathogène bactérien ou même la souche de bactéries au sein d’une espèce pathogène. Il serait donc difficile de produire des phages pour de nombreuses infections bactériennes différentes à grande échelle. En outre, en raison de la spécificité phage, il serait nécessaire soit de connaître la souche bactérienne particulière qui est à l’origine d’une infection ou d’utiliser un cocktail de phages multiples différents dans le traitement et l’espoir que l’un d’eux correspond à la bactérie pathogène. Malgré ces inconvénients, la thérapie de phage reste un domaine actif de recherche.

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