Virus Escherichia P1
Le virus Escherichia P1 appartient à l’ordre des Caudovirales et à la famille des Myoviridae. Il est communément appelé phage P1 et a été l’un des premiers bactériophages à être identifié chez le coliforme Escherichia coli. Il est l’espèce représentative d’un petit genre de virus P1 au sein des Myoviridae, qui comprend également le virus Aeromonas 43. Des études approfondies sur le phage P1 ont contribué de manière significative aux développements pionniers des années 1960 dans les technologies de l’ADN recombinant impliquant la recombinaison spécifique au site, la modification par restriction et le clonage de grands fragments d’ADN.
Le phage P1 a une grande tête icosaédrique d’environ 65-85 nm de diamètre attachée à une longue queue caractéristique de 220 nm de longueur. Une gaine contractile en forme de tube entoure la queue qui se termine par une plaque de base et des fibres de queue à six coudes de 90 nm de longueur. La tête du phage englobe un génome linéaire d’ADNdb de 93 kb. La séquence complète du génome du phage P1 code au moins 117 gènes et contient une grande redondance de séquence caractéristique à chaque extrémité 5′ et 3′. Ces séquences redondantes sont de longueur variable et varient de 10 à 15 kb. Lors de son entrée dans une cellule hôte, l’ADN viral subit une circularisation rapide par recombinaison entre les séquences redondantes. Cette recombinaison homologue est facilitée par des recombinases codées par l’hôte ou par un système de recombinaison cre-lox spécifique du site, piloté par un phage. Dans ce dernier cas, la recombinaison se déroule entre deux sites loxP situés sur les régions redondantes terminales du génome viral aidée par la protéine « cre » codée par le phage.
Comme les autres caudovirales, le phage P1 est un bactériophage tempéré qui peut adopter un mode de vie lysogène ou lytique. La décision d’entrer en phase lytique ou lysogène dépend de l’environnement de l’hôte et de facteurs influençant la transcription d’une molécule répresseur C1 monomérique qui régule l’immunité du phage P1. Pendant la lysogénie, l’ADN circularisé du phage (appelé prophage) se réplique dans le cytoplasme de l’hôte sous forme de plasmide à faible nombre de copies à partir d’une origine de réplication (oriR) en utilisant diverses protéines codées par le phage qui répriment également la phase lytique. Le prophage plasmidique est très stable et hérité par les cellules filles après la division cellulaire de l’hôte bactérien. Par conséquent, la réplication et la répartition du phage P1 dans les cellules filles sont étroitement régulées. Une protéine RepA codée par le phage ainsi que des séquences répétées itérées aux sites incA et incC participent à la réplication du prophage plasmidique. La réplication est également affectée par le statut de méthylation de la séquence oriR sur le génome du phage et de la séquence oriC sur le génome bactérien. Les facteurs de l’hôte comme DnaA, HU, et divers chaperons participent à la modification de RepA et à la réplication du plasmide prophage circularisé. Comme les bactériophages P7 et P22 (qui infectent Salmonella sp.), le phage P1 utilise deux molécules répressives (la protéine C1 et un ARN C4) pour supprimer la phase lytique. Les autres régulateurs comprennent des molécules d’ARN de transfert codées par le phage, une ADN méthyltransférase (MTR), des antiterminateurs transcriptionnels (Coi et Ant1/2) et une protéine corépresseur Lxc. L’induction du prophage est rare mais se produit en réponse aux dommages causés par les UV et aux changements nutritionnels dans l’environnement de l’hôte. Un facteur de transcription de l’hôte, la protéine LexA, est impliqué dans le processus d’induction. Le phage P1 utilise une origine de réplication différente (oriL) située dans le gène codant la protéine RepL pour la phase lytique. Environ 37 opérons viraux sont transcrits pendant la phase lytique par l’ARN polymérase bactérienne. L’holoenzyme de la polymérase est formée en présence d’une protéine Lpa codée par le phage dont les niveaux sont régulés à leur tour, par la molécule répresseur C1 et une protéine de famine stringente bactérienne SspA.
Une caractéristique importante du virus est la « transduction généralisée », où au lieu de son propre ADN, de grands fragments de l’ADN de l’hôte bactérien sont emballés dans la tête du phage. Contrairement au phage lambda, la transduction généralisée par le phage P1 peut mobiliser environ 100 kb d’ADN hôte entre deux souches bactériennes hôtes. Lors de la transduction dans une souche bactérienne réceptrice, les gènes bactériens s’intègrent occasionnellement dans le génome de l’hôte par recombinaison spécifique au site. Par conséquent, la bactérie transduite ne se lyse pas et ne subit aucune toxicité de l’infection virale.
La gamme d’hôtes du phage P1 est E. coli qui appartient aux Gammaproteobacteria et Enterobacteriaceae. Par conséquent, la distribution de ce phage reflète celle de son hôte ubiquitaire. La transmission du virus implique une pénétration uniforme du tube de queue interne dans le périplasme d’E. coli et le déplacement de la plaque de base à l’écart de la membrane externe pendant la contraction de la queue. Les fibres de la queue se lient à un récepteur spécifique de l’hôte qui est une fraction de glucose sur le noyau lipopolysaccharide de la membrane bactérienne externe. Une trans-glycosylase lytique facilite la pénétration de la paroi cellulaire bactérienne et l’éjection de l’ADN du phage dans l’hôte. Une protéine « Sim » est rapidement produite qui confère une immunité à l’hôte bactérien, excluant les autres phages envahisseurs. Lors de l’entrée dans l’hôte, l’ADN introduit reste lié à deux protéines codées par le phage appelées DarA et DarB (une MTR et une hélicase) qui rendent l’ADN viral résistant à la digestion par les endonucléases de restriction de type I entérobactériennes. Comme le récepteur glycolipidique d’E. coli pour le phage P1 est commun à plusieurs bactéries Gram-négatives, la particule virale peut s’adsorber sur la paroi externe et injecter de l’ADN dans le cytoplasme de nombreuses bactéries. Cependant, elle ne peut pas subir de réplication ultérieure dans ces espèces bactériennes. La découverte de séquences ressemblant aux recombinases Cre du phage P1 dans des métaviromes provenant d’environnements complexes et d’entérobactéries suggère que des travaux supplémentaires sont nécessaires pour élucider la biologie de ces phages dans différents environnements et hôtes. Le séquençage comparatif du génome des virus apparentés à P1 (par exemple, les Punalikevirus non classés, à savoir le phage D6, le phage phiW39, le phage RCS47 et le phage SJ46 identifiés à partir de diverses entérobactéries) est susceptible de révéler des informations sur les nouveaux processus d’encapsulation de l’ADN viral, de recombinaison spécifique au site et d’immunité.