L’imagerie en direct révèle comment les virus se propagent dans le microbiome intestinal

Des chercheurs de l’Université de Californie, Irvine ont développé un système d’imagerie en direct, Phollow, qui suit les bactériophages individuels lorsqu’ils se propagent dans l’intestin du poisson zèbre, montrant que les phages de différents hôtes bactériens varient dans la façon dont ils reproduisent, diffusent et interagissent avec les tissus de l’hôte.

Les bactériophages, ou phages, sont des virus qui infectent et tuent les bactéries. Ce sont les entités biologiques les plus nombreuses sur Terre et parmi les premiers colonisateurs de l’intestin humain. Les phages jouent plusieurs rôles dans le microbiome humain: ils peuvent influencer la dynamique de la population microbienne, agir comme une forme de modulation immunitaire innée chez les nouveau-nés et améliorer la forme bactérienne en médiant le transfert de gènes horizontaux.

Les épidémies de phages contrôlées pourraient potentiellement encourager la propagation des activités bénéfiques, ou être utilisées pour épuiser les microbes résidents qui deviennent nocifs dans certaines conditions. La dynamique de la transmission, les modèles de la façon dont les phages se reproduisent au sein d’un hôte, se propagent à d’autres et influencent les communautés bactériennes, devraient être comprises de manière globale pour utiliser des épidémies de phage de manière productive.

L’étude de la dynamique de transmission est techniquement difficile, car les facteurs régissant la réplication des phages et la transmission in situ sont largement inconnus. Sans une compréhension contextualisée de l’emplacement et de la durée de la réplication des phages ou si les phages se présentent sous forme de virions extracellulaires ou de prophages intracellulaires, les progrès dans ce domaine sont gravement limités.

Dans l’étude, “Phollow révèle une dynamique de transmission de phage in situ dans le microbiome intestinal du poisson zèbre à la résolution à viriation unique”, publié dans Microbiologie de la natureles chercheurs ont conçu une approche d’imagerie en direct pour étudier comment les bactériophages se répliquent et se propagent dans les communautés bactériennes et les hôtes animaux.

Phollow a été appliqué dans un poisson zèbre sans germe colonisé avec des souches d’ingénierie d’E. Coli et des plésiomonas, permettant la visualisation du comportement des phages à une résolution à virion unique. Les chercheurs ont construit des phages marqués par fluorescence et les ont introduits dans des hôtes bactériens modifiés appelés virocells phollow.

La réplication virale a été induite à l’aide d’antibiotiques et l’activité des phages a été surveillée in vivo en utilisant l’imagerie en accéléré, la microscopie de super-résolution, la virométrie de l’écoulement et la microscopie d’expansion.

Des phages phollows ont été observés pour former des agrégats viraux qui se sont dispersés dans des nuages ​​de particules diffusant rapidement après une lyse bactérienne. L’induction maximale de la réplication virale s’est produite une heure après le traitement par la mitomycine C et a impliqué environ 20% de la population bactérienne.

À la réplication maximale, les virocells phollow contenaient une moyenne de 1,6 foys viraux par micron de longueur cellulaire. Les projections tridimensionnelles ont révélé des foyers viraux avec des surfaces environ 100 fois plus grandes qu’une seule capside de phage de type P2. La microscopie électronique à transmission n’a trouvé aucune différence structurelle manifeste entre les virions de phage de type sauvage et phollow.

La virométrie de l’écoulement a montré que la mitomycine C, la ciprofloxacine et le triméthoprime ont tous induit un débit de virions de pic comparable. Les épidémies induites par le triméthoprime dans les intestins de poisson zèbre ont produit des nuages ​​de phages tout au long de l’intestin en quatre heures, qui ont largement disparu de 24 heures. Les virions infectieux ont culminé à quatre heures dans les tissus intestinaux et ont persisté dans l’eau environnante sur 24 heures. Les phages dérivés de Plésiomonas se propagent systématiquement au foie et au cerveau.

In vitro, des phages phollows ont été trouvés reproduisant dans de nouvelles cellules hôtes et subissant une transmission interbactérienne en cours. In vivo, une deuxième vague de réplication de phage a confirmé que la transmission horizontale s’était produite.

Les tests initiaux de Phollow montrent une capacité à permettre des recherches multi-échelles sur la transmission des phages et les interactions transkingdom qui peuvent ouvrir de nouvelles voies pour les thérapies par microbiome basées sur les phages.

Les techniques d’imagerie en direct et de virométrie de flux peuvent soutenir la conception expérimentale visant à disséquer la mécanique des épidémies de phages, avec des implications pour une multitude d’opportunités cliniques inexploitées.

© 2025 Science X Réseau