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RÉSUMÉ
Les phages sont probablement les entités biologiques les plus diversifiées et abondantes sur Terre. Ces virus de procaryotes représentent une manne biotechnologique conséquente qui a été exploitée dès leur découverte en 1915. Ces applications touchent des secteurs industriels extrêmement variés comme l'agronomie, l'agroalimentaire, le biomédical et tant d'autres en devenir. Cet article propose de revenir sur le succès biotechnologique des phages. Tout d'abord l'accent sera donné sur les raisons de ce succès, c’est-à-dire, "l'inventivité" biologique et écologique des phages. Par la suite, un tour d'horizon des différentes applications biotechnologies concrètes sera exposé.
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Florian LELCHAT : Directeur scientifique Leo viridis, Plouzané, France
INTRODUCTION
Les phages, ou bactériophages, sont des virus de procaryotes. Ce sont des entités biologiques qui requièrent de détourner la machinerie cellulaire de leurs hôtes pour accomplir leur cycle de réplication. Les phages sont intimement liés aux caractéristiques écophysiologiques de leurs hôtes. De ce fait, ils ont développé différentes stratégies au cours de leur évolution afin de maintenir un équilibre dynamique hôte/virus nécessaire à leur survie. Ce potentiel adaptatif s’est révélé particulièrement inventif et très intéressant d’un point de vue biotechnologique. Dès leurs premières descriptions, les phages ont trouvé des applications biotechnologiques dans des secteurs industriels clefs comme l’agronomie, l’agroalimentaire, le secteur biomédical sous la forme de stratégies alternatives aux biocides tant en biocontrôle qu’en curatif. Ils ont également été exploités comme plateforme de bioprocédés (exemple : phage display) ou comme source de biomolécules innovantes (exemple : enzymes). Cependant, au bout d’un siècle, la place des phages dans les biotechnologies demeure encore restreinte au regard de leur réel potentiel. Les raisons en sont nombreuses. À titre d’exemple, si l’on s’intéresse à l’utilisation des phages comme outils sanitaires (thérapie phagique ou biocontrôle), le caractère « biologique » des phages est à la fois leur grande force mais également leur plus grande faiblesse. Un avantage indéniable par rapport à un biocide chimique est leur nature autoréplicative qui ne nécessite pas d’effet dose/réponse. Néanmoins, l’efficacité de l’approche requiert de parfaitement maîtriser le processus de propagation, ce qui est bien plus complexe que dans le contexte de l’utilisation d’un agent purement chimique. Cet article expose dans un premier temps les raisons du potentiel biotechnologique des phages en s’intéressant à leurs caractéristiques biologiques et écologiques. Par la suite, des exemples d’exploitations biotechnologiques concrets sont étudiés dans divers secteurs industriels.
ADNdb : ADN double brin
ADNsb : ADN simple brin
ARNdb : ARN double brin
ARNsb : ARN simple brin
CAZyme : Carbohydrate Active enZyme
CBD : Cell Binding Domain (domaine de liaison à la cellule)
Cd : Constante d’adsorption
CFU · m–2 : Colony Forming Unit (nombre de colonies formées par m2)
dp : degré de polymérisation d’un polymère
EPS : ExoPolySaccharide
LPS : LipoPolySaccharide
MOI : Multiplicity Of Infection (multiplicité d’infection, nombre de phages pour un hôte)
pb : paire de bases nucléiques complémentaires
PCR : Polymerase Chain Reaction
PFU · mL–1 : Plaque Forming Unit en phages par mL
RBP : Receptor Binding Protein (protéine de liaison au recepteur PLR)
TEM (ou MET) : Transmission Electron Microscopy (Microscope Electronique à Transmission)
VPR : Virus to Prokaryote Ratio (ratio moyen virus/procaryote)
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2. Utilisation des phages dans les biotechnologies
Dès leur découverte par D’Hérelle, le potentiel biotechnologique des phages a été entrevu et exploité. En un siècle, de nombreuses applications biotechnologiques utilisant des phages ont été mises au point. Cette dynamique s’est continuellement renforcée, nourrie par la compréhension subséquente de la biologie et écologie des nouveaux phages isolés au cours des bioprospections successives.
2.1 Phage typing
Le phage typing (typage phagique) est une méthode discriminante utilisée afin de déterminer avec précision le sérotype d’une souche bactérienne contaminante, généralement pathogène, au sein d’une espèce cible.
Cette technique épidémiologique a été mise au point alors que les amorces ADN actuelles n’existaient pas encore . Elle est cependant toujours utilisée car elle permet d’atteindre une très grande précision pour discerner des sérotypes bactériens très proches là où certaines amorces spécifiques manquent toujours. D’un point de vue pratique, cette méthode est extrêmement simple à mettre en œuvre. Une culture bactérienne en phase de croissance exponentielle de la souche à déterminer est étalée de manière homogène à l’aide de la technique en double couche d’agar (plaque-assay). Par la suite, des microdépôts de solutions phagiques sont appliqués sur le tapis bactérien ainsi formé (figure 7). Ces phages lytiques ont été préalablement isolés et sélectionnés afin d’avoir un spectre d’hôtes très fin et bien déterminé. Après 24 h de culture, en fonction de la susceptibilité de la souche à être lysée par certains de ces phages, un sérotype peut être élucidé. Plus la virothèque de référence est étoffée, d’autant plus grande en est la précision du typage phagique. Cela implique donc de travailler avec des espèces bactériennes souvent impliquées dans des phénomènes...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - D’HÉRELLE (F.) - Sur un microbe invisible antagoniste des bacilles dysentériques. - CR Acad. Sci. Paris, 165, p. 373-375 (1917).
-
(2) - MULLINS (N.C.) - The development of a scientific specialty : the phage group and the origins of molecular biology. - Minerva, p. 51-82 (1972).
-
(3) - SALMOND (G.P.), FINERAN (P.C.) - A century of the phage : past, present and future. - Nature Reviews Microbiology, 13(12), p. 777-786 (2015).
-
(4) - LWOFF (A.), SIMINOVITCH (L.), KJELDGAARD (N.) - Induction of the production of bacteriophages in lysogenic bacteria. - In Annales de l’Institut Pasteur, vol. 79, n° 6, p. 815-859, déc. 1950.
-
(5) - FREEMAN (V.J.) - Studies on the virulence of bacteriophage-infected strains of Corynebacterium diphtheriae. - Journal of bacteriology, 61(6), p. 675 (1951).
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...
ANNEXES
1.1 Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
PHERECYDES PHARMA http://www.pherecydes-pharma.com
LEO VIRIDIS http://www.leoviridis.fr
Eligo Bioscience https://eligo.bio/
CLEAN CELLS http://www.clean-cells.com
Centre de référence pour les virus bactériens Félix d’Hérelle, GREB, Pavillon de Médecine Dentaire Université Laval, QC, Canada, G1V 0A6 http://www.phage.ulaval.ca
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