Une diversité de systèmes de défense protège les bactéries contre les phages.
La coévolution à long terme entre les organismes vivants et leurs virus a favorisé la diversification des défenses intracellulaires protégeant les cellules contre l’infection virale. Pendant longtemps, les principaux systèmes de défense bactériens connus contre les phages étaient les systèmes de restriction-modification (RM) et CRISPR-Cas.
Alors que ces systèmes sont absents chez les eucaryotes, de nombreuses stratégies antivirales ont été parallèlement découvertes chez les mammifères et les plantes modèles, révélant un réseau complexe de réponses immunitaires. Ces découvertes ont conduit à l’idée largement répandue que les procaryotes et les eucaryotes reposent sur des mécanismes distincts, la complexité immunitaire étant une propriété des animaux et des plantes.
Cependant, depuis 2018, cette vision est remise en question : des dizaines de nouveaux systèmes de défense ont été découverts chez les bactéries, identifiés par leur localisation génomique dans des « îlots de défense » ou sur des éléments génétiques mobiles. Ces découvertes ont fait passer le catalogue des systèmes de défense connus d’une poignée à plus de 250 au cours des huit dernières années, montrant que, tout comme les animaux et les plantes, les bactéries possèdent un arsenal défensif complexe dépassant les systèmes RM et CRISPR-Cas.
Conservation de composants immunitaires entre procaryotes et eucaryotes.
Certains de ces systèmes bactériens partagent une homologie avec des gènes immunitaires eucaryotes : par exemple, les systèmes bactériens CBASS sont les ancêtres évolutifs du système cGAS-STING humain, premier indice d’une parenté plus étroite que prévu entre l’immunité procaryote et eucaryote.
À ce jour, une douzaine de composants immunitaires conservés ont été identifiés, principalement en recherchant des homologues de protéines immunitaires humaines chez les procaryotes. Le domaine de l’immunité bactérienne a largement bénéficié des connaissances préalables sur l’immunité eucaryote, mais peut-on aujourd’hui inverser ce transfert de savoirs ?
L’existence de composants immunitaires anciens suggère que les défenses bactériennes peuvent à leur tour servir à identifier de nouvelles stratégies immunitaires disséminées dans l’arbre du vivant.
Lors de son postdoctorat, François Rousset a découvert les ATP nucléosidases, des effecteurs immunitaires capables d’épuiser l’ATP pour priver les virus d’énergie. Ces enzymes ne se trouvent pas seulement chez les bactéries, mais aussi chez de nombreuses protéines eucaryotes présentant une architecture typiquement immunitaire — ce qui suggère que la déplétion d’ATP constitue une stratégie immunitaire partagée par plusieurs espèces eucaryotes. Cette découverte illustre comment l’étude des défenses bactériennes peut catalyser l’identification de nouvelles protéines immunitaires chez les eucaryotes grâce à l’immunologie comparative.
Mécanismes d’évasion immunitaire codés par les virus.
L’existence de défenses immunitaires innées a favorisé l’émergence de mécanismes d’anti-défense codés par les virus. Les dévoiler permet de mieux comprendre comment les virus contournent l’immunité.
Les phages sont depuis longtemps connus pour inhiber les systèmes RM et CRISPR-Cas, mais les découvertes récentes de dizaines d’autres systèmes de défense montrent l’étendue de ce qui reste à explorer : chaque système bactérien possède-t-il son propre mécanisme d’inhibition ?
Des inhibiteurs de différents systèmes de défense ont récemment été identifiés ; ils agissent en se liant directement à des composants de défense, en brouillant la transmission du signal entre capteur et effecteur, ou encore en bloquant ou neutralisant l’activité effectrice.
Malgré ces avancées, les mécanismes anti-défense ne sont à ce jour connus que pour environ 15 % des systèmes immunitaires bactériens — ce qui laisse présager la découverte de nombreux inhibiteurs encore inconnus.
Étant donné que les procaryotes et les eucaryotes partagent des mécanismes immunitaires communs, il est tentant de penser que leurs virus ont également adopté des stratégies similaires pour échapper à l’immunité. Les phages pourraient donc se révéler extrêmement utiles pour dévoiler de nouvelles stratégies d’évasion immunitaire codées par les virus eucaryotes.
