La modularité de la pointe de phage et le transfert horizontal de gènes révèlent une spécificité envers E. coli O

Virology Journal volume 20, Numéro d'article : 174 (2023) Citer cet article

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L'interaction entre les bactériophages et leurs hôtes est complexe et hautement spécifique. Les protéines de liaison aux récepteurs (RBP) des phages telles que les fibres de la queue et les pointes de la queue lancent le processus d'infection. Ces RBP se lient à diverses structures membranaires externes, y compris l'antigène O, qui est un composant à base de sucre spécifique au sérogroupe de la couche externe de lipopolysaccharide des bactéries Gram-négatives. Parmi les souches d'Escherichia coli les plus virulentes se trouve le pathotype E. coli producteur de toxine Shiga (STEC) dominé par un sous-ensemble de sérogroupes d'antigènes O.

Des analyses phylogénétiques et structurelles approfondies ont été utilisées pour identifier et valider les corrélations de spécificité entre les sous-types de phage RBP et les sérogroupes de l'antigène O STEC, en s'appuyant sur le principe du transfert horizontal de gènes comme principal moteur de l'évolution de la RBP.

Nous avons identifié des sous-types de RBP spécifiques de l'antigène O pour sept des neuf sérogroupes STEC les plus répandus (O26, O45, O103, O104, O111, O145 et O157) et sept sérogroupes supplémentaires d'E. coli (O2, O8, O16, O18, 4s/ O22, O77 et O78). Huit genres de phages (Gamaleya-, Justusliebig-, Kaguna-, Kayfuna-, Kutter-, Lederberg-, Nouzilly- et Uetakevirus) ont émergé pour leur proportion élevée de RBP spécifiques aux sérogroupes. De plus, nous révélons des motifs de séquence dans la région RBP, servant potentiellement de points chauds de recombinaison entre les phages lytiques.

Les résultats contribuent à une meilleure compréhension du mosaïcisme des RBP des phages, mais démontrent également une méthode permettant d’identifier et de valider de nouveaux sous-types de RBP pour les sérogroupes émergents actuels et futurs.

Les bactériophages (ou phages) sont des virus qui infectent les bactéries. La relation phage-hôte est spécifique et complexe. Les protéines de liaison aux récepteurs (RBP) des phages, telles que les fibres de la queue et les pointes de la queue, sont les premières protéines du phage à interagir avec l'hôte, déclenchant ainsi le processus d'infection. Ces protéines peuvent lier spécifiquement les structures externes de la paroi cellulaire des bactéries telles que les polysaccharides capsulaires (CPS) [32, 57] ou les lipopolysaccharides (LPS) [21], les acides (lipo)téichoïques, les protéines de la membrane externe, les flagelles ou les pili [54]. Les fibres de la queue adoptent généralement une forme fibreuse et comprennent un domaine distal qui se lie au récepteur, tandis que les pointes de la queue sont généralement plus courtes et contiennent un domaine enzymatique qui dégrade également son récepteur lors de la liaison (12). Dans ce travail, nous utilisons le terme complet RBP en raison du manque d’informations disponibles sur la présence d’une telle activité enzymatique. Alors que la plupart des phages codent pour un ou deux RBP, certains phages polyvalents expriment plusieurs RBP, formant une structure RBP ramifiée. Chacune de ces RBP reconnaît un récepteur différent, permettant au phage d'infecter plusieurs hôtes (17, 31, 41, 45, 53).

De nombreux phages infectant Escherichia coli codent pour des RBP ciblant la couche externe du LPS, appelée antigène O. Lorsque ce facteur de virulence est présent sur la paroi cellulaire externe d’E. coli, la structure est appelée LPS lisse. Une forte variabilité du sérogroupe de l'antigène O avec 176 structures différentes a actuellement été décrite pour les souches lisses d'E. coli [37]. Parmi les souches d'E. coli les plus pathogènes se trouve le pathotype E. coli producteur de toxine Shiga (STEC), qui est l'une des principales causes de maladies gastro-intestinales dans le monde. La prévalence de certains antigènes O associés à ce pathotype varie dans le temps ainsi que selon la situation géographique. L'importance des STEC a été reconnue en 2015 par l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO) et l'Organisation mondiale de la santé (OMS). Le sérogroupe O157 est le sérotype le plus répandu aux États-Unis, même si la part des sérogroupes non O157 continue de croître. En 2020, plus de cas de STEC avec le sérogroupe O26 ont été signalés que de cas portant le sérogroupe O157 en Europe [13]. De plus, des épidémies isolées de STEC de nouveaux sérogroupes émergents peuvent survenir, comme l'épidémie de STEC du sérogroupe O104 en Allemagne en 2011 [28]. D'autres sérogroupes non O157 importants associés à la maladie humaine comprennent O45, O91, O103, O104, O111, O145 et O146, avec une prévalence différente aux États-Unis et en Europe (15, 16).