La recherche de modifications chimiques uniques de l'ADN chez les bactériophages pour combattre des infections bactériennes

Les infections résistantes aux antibiotiques sont en hausse, avec plus de 138 millions d'hospitalisations et 4,95 millions de décès en 2019, et devraient atteindre 10 millions de décès annuels d'ici 2050. Les bactériophages (dorénavant phages), des virus qui tuent des bactéries particulières, offrent une alternative prometteuse aux antibiotiques. Cependant, les phages sont mis à l'épreuve par les défenses bactériennes (enzymes de restriction et CRISPR-Cas) qui détectent et détruisent l'ADN des phages. Pour y remédier, les phages modifient leur ADN en ajoutant des attaches chimiques, le dissimulant à la détection bactérienne. Seule une fraction des phages de la biosphère, estimée à 10^31, a fait l'objet d'une analyse de leur ADN pour détecter des modifications. Ces recherches ont révélé une gamme de modifications telles que des acides aminés, des polyamines, des monosaccharides, des disaccharides et des groupes méthyles.

Nous émettons l'hypothèse qu'il existe de nombreuses modifications encore à découvrir, compte tenu du grand nombre de phages et de leurs milliards d'années d'évolution des défenses de modification de l'ADN contre les attaques bactériennes

Le laboratoire Rudner et les “chasseurs de phages” de l’Université d’Ottawa ont découvert plus de 350 nouveaux phages que j’ai examinés pour des modifications potentielles de l’ADN. Actuellement, trois phages (Winz, Quartz et Kharcho) avec des modifications A/T, basées sur une digestion par restriction, ont été analysés par LC-MS au CNRC en collaboration avec le Dr Jianjun Li. J’ai découvert que les trois phages remplacent le dT par le 5-hexose-hydroxyméthyl-désoxy-uridine (5-hmdU). Ce nucléoside modifié n’a pas été identifié auparavant dans l’ADN et semble être un nouveau mécanisme de protection des phages contre les défenses de l’hôte. Winz semble remplacer complètement le dT par le 5-hmdU, tandis que Quartz et Kharcho contiennent de l’ADN avec des quantités similaires de dT et de 5-hmdU. Il est intéressant de noter que ces trois phages infectent deux hôtes différents, Microbacterium foliorum et Arthrobacter globiformis, ce qui suggère que le 5-hmdU peut être utilisé par divers phages. Les variations de stœchiométrie et la large gamme d’hôtes du 5-hmdU peuvent faciliter l’identification des enzymes phagiques et hôtes nécessaires à la création et à la modification du génome du phage. Nous sommes impatients d’explorer davantage de modifications de l’ADN des phages ainsi que les gènes et mécanismes impliqués. Le laboratoire découvre plus de 100 nouveaux phages chaque année dans le cadre du programme SEAPHAGES. Nous travaillons à la rationalisation d’un processus permettant d’évaluer efficacement les nouveaux phages pour les modifications de l’ADN.

Une phagothérapie efficace nécessite une connaissance détaillée de l’immunité bactérienne aux phages et de la façon dont les phages échappent à ces défenses. De nouvelles modifications de l’ADN pourraient être utilisées pour identifier les phages efficaces pour la thérapie ou pourraient être conçues pour les phages afin d’améliorer leur capacité à lyser les bactéries hôtes. Enfin, les bactériophages ont été utilisés en biotechnologie comme l'ADN polymérase pour le séquençage Oxford Nanopore. La découverte de nouvelles enzymes et de nouvelles liaisons chimiques à l'ADN pourrait conduire à des innovations en biotechnologie et dans les applications biomédicales.