SCIENCE NEWS BIOLOGIE 23 NOV 2022 ⁽¹⁾

CRISPR est si populaire que même les virus peuvent l'utiliser

Des milliers de virus semblent avoir volé le mécanisme de coupure des gènes aux bactéries

 par MITCH LESLIE pour Science

Les phages, comme ceux qui éclatent une cellule bactérienne, ont volé le système CRISPR à leurs hôtes.

Le célèbre outil d'édition de gènes CRISPR a commencé comme une défense bactérienne contre les virus envahisseurs. Mais il s'avère que les cibles visées ont volé CRISPR pour leurs propres arsenaux. Une nouvelle étude révèle que des milliers de virus attaquant les bactéries connus sous le nom de bactériophages (phages, en abrégé) contiennent les séquences génétiques du système CRISPR, suggérant qu'ils pourraient les déployer contre des phages rivaux. Cette découverte témoigne de la puissance de l'arme moléculaire et pourrait rendre CRISPR encore plus précieux en tant qu'éditeur de gènes de laboratoire.

La découverte "ouvre les portes à de nouvelles applications possibles des systèmes CRISPR", déclare le spécialiste en génomique Mazhar Adli de la Feinberg School of Medicine de l'Université Northwestern, qui n'était pas lié à la recherche.

Comme les autres virus, les phages ne peuvent pas se reproduire par eux-mêmes. Au lieu de cela, ils détournent la machinerie moléculaire des bactéries, tuant souvent leurs hôtes dans le processus. Le système CRISPR permet aux bactéries de riposter. Il comprend des segments répétitifs d'ADN qui correspondent aux séquences de phages rencontrés précédemment. Si ces mêmes phages attaquent à nouveau une bactérie, elle utilise cet ADN répétitif pour coder des brins d'ARN qui peuvent diriger une enzyme partenaire, qui agit comme une paire de ciseaux génétiques, pour couper le génome du phage à des endroits spécifiques. Depuis environ une décennie, les scientifiques s'efforcent de transformer cette défense immunitaire en une technique d'édition de gènes pour une myriade d'utilisations, notamment l'amélioration des défenses des cultures, la détection d'agents pathogènes et la lutte contre des maladies telles que le cancer 

L'ADN caractéristique qui code les composants du système CRISPR était auparavant apparu dans une poignée de phages. Mais les scientifiques considéraient ces découvertes comme de simples "curiosités", explique la biologiste structurale Jennifer Doudna de l'Université de Californie (UC) à Berkeley, qui a partagé le prix Nobel de chimie 2020 pour avoir montré comment adapter le système CRISPR pour cibler des séquences particulières. "Mais ils nous ont amenés à nous demander si ces systèmes étaient plus courants."

Pour le savoir, Doudna, la géomicrobiologiste de l'UC Berkeley Jillian Banfield et leurs collègues sont allés chercher d'autres exemples de CRISPR dans le monde des phages. Ils ont sondé l'ADN prélevé dans une variété d'environnements riches en hôtes bactériens pour les virus, y compris le sol et la bouche humaine. Cette pêche a permis la découverte plus de 6000 types de phages contenant l'ADN du système CRISPR, rapportent les scientifiques en ligne aujourd'hui dans Cell⁽²⁾. Ils ont également examiné les séquences du génome du phage qui avaient été publiées dans des bases de données en ligne et ont trouvé encore plus de cas de virus porteurs de CRISPR. Bien que moins de 1% des phages arborent les séquences, les chercheurs ne s'attendaient pas à "une distribution aussi large d'un système anti-phage dans les phages", explique Doudna.

Pourquoi les phages acquerraient-ils un système qui a évolué pour les contrecarrer ? La raison la plus probable, dit Doudna, est de battre la concurrence. Plusieurs virus peuvent attaquer une bactérie en même temps, entraînant des "guerres de phages" à l'intérieur d'une cellule infectée, dit-elle. Les bactéries sont également vulnérables aux brins d'ADN voyous connus sous le nom de plasmides qui contraignent les cellules à les copier. En détruisant ces rivaux avec le système CRISPR, les phages "peuvent disposer de la machinerie de réplication pour eux seuls", explique Doudna.

Les phages ont vraisemblablement adapté ces séquences du système CRISPR de leurs victimes microbiennes, dit-elle. Depuis lors, les virus ont personnalisé les systèmes à leurs propres fins. Par exemple, certains phages semblent avoir perdu la capacité de générer certaines molécules capables de tuer les bactéries, éventuellement de préserver leurs hôtes pour produire plus de phages.

Les astuces d'édition de gènes des phages pourraient inspirer de nouvelles biotechnologies. Par exemple, la plupart des approches basées sur CRISPR reposent désormais sur l'enzyme Cas9 pour couper l'ADN. Cependant, Cas9 est si grand qu'il ne peut pas entrer dans certains virus utilisés pour modifier génétiquement les cellules. Un certain nombre de phages, cependant, proposent une version allégée connue sous le nom de Cas-lambda qui est environ 50% plus petite, ont découvert l'équipe de Doudna et Banfield. Adli dit que cette enzyme plus petite pourrait permettre de nouvelles applications d'édition de gènes pour CRISPR, telles que la modification des génomes des plantes, bien que les chercheurs devraient d'abord surmonter plusieurs obstacles de bio-ingénierie.

Le microbiologiste Joseph Bondy-Denomy de l'UC San Francisco dit que Doudna et Banfield ont montré un niveau de synergie "Lennon-McCartney" en dénichant autant de phages porteurs de CRISPR qui avaient échappé à d'autres scientifiques. Pourtant, il veut voir des preuves que les phages utilisent réellement leurs systèmes CRISPR lorsqu'ils envahissent les bactéries. Bondy-Denomy soupçonne également que de nombreux autres phages utilisant CRISPR restent à découvrir « À la prochaine étape on en saura plus", dit-il.

 Références

(1) CRISPR is so popular even viruses may use it, SCIENCE NEWS BIOLOGY, 23 Nov 2022

(2) Diverse virus-encoded CRISPR-Cas systems include streamlined genome editors, Cell Vol 185, Issue 24, P4574-4586.E16, November 23, 2022     Free Access on-line.    PDF