Phage lambda

Le phage lambda est une particule virale possédant une tête, qui contient l'ADN du phage, ainsi qu'une queue terminée par des fibrilles. La tête icosaédrique contient de l'ADN linéaire double brin long de 48 502 paires de bases[1], flanquée de part et d'autre de séquences répétées, simple brin de 12 paires de bases. Ces séquences cohésives sont appelées séquences « cos ». Le phage lambda possède un spectre d'hôtes très restreint, principalement limité à Escherichia coli et des espèces proches. Le phage lambda est découvert par Esther Lederberg en 1950 [2], sa recombinaison génétique est ensuite étudiée par Grete Kellenberger-Gujer dès 1961. Il est devenu un organisme modèle et outil très utilisé en biologie moléculaire.

Le phage est capable de s'attacher à la surface de son hôte, Escherichia coli. Il injecte alors son ADN dans le cytoplasme de la bactérie. L'ADN phagique est linéaire et sous forme double brin dans la tête du phage. Il se circularise dans la cellule grâce à des séquences répétée « cos ». Le phage circularisé peut alors se répliquer dans la cellule par réplication en thêta, puis en cercle roulant. La réplication en cercle roulant permet la formation d'un concaténaire. Simultanément à cette étape de réplication, le phage produit les protéines de sa capside. Une fois le concaténaire et la tête de la capside obtenus, il y a une interaction spécifique entre un site « cos » situé sur le concaténaire et les protéines de la tête. L'ADN entre dans la capside jusqu'au site « cos » suivant, au niveau duquel il est clivé par les protéines de la tête. Une fois la tête du phage pleine, les protéines de la queue s'assemblent. Les particules virales sont libérées et peuvent infecter d'autres cellules.

Mais une fois sous sa forme circulaire dans la cellule, le phage lambda peut aussi s'intégrer dans le génome de l'hôte, et rester sous forme de prophage. Il réalise alors un cycle lysogénique. Cette intégration dans le génome de l'hôte se réalise par recombinaison site-spécifique, entre un site dit « attP » sur l'ADN phagique et le site « attB » situé sur le chromosome de la bactérie. Le site attB est unique dans le génome d' E. Coli, et est situé entre les gènes gal (gène codant la galactosidase, enzyme de dégradation du galactose) et bio (gène codant la voie de biosynthèse de la biotine). L'intégration dans le chromosome nécessite l'intervention d'une intégrase, codée par le phage mais aussi des protéines de l'hôte, comme la protéine IHF (integration host factor, facteur capable de modifier la topologie de l'ADN). Cette étape permet la création de deux nouveaux sites de part et d'autre du phage appelés attR et attL. Le prophage, sous certaines conditions pourra s'exciser et partir en cycle lytique. Cette excision nécessite l'intégrase produite par le phage, les protéines IHF de l'hôte mais également la protéine XIS (excisionase) codée par le phage et qui permet la reconnaissance des sites attR et attL par l'intégrase. L'excision reconstitue les sites attB et attP.

Une recombinaison illégitime permet une excision du phage ainsi qu'un morceau d'ADN. Cet ADN est ensuite encapsidé et infectera une nouvelle cellule. Cependant, la taille de l'ADN emporté par le phage est réduite par le phénomène dite de « tête pleine », qui consiste en une limite physique de taille d'ADN que peut contenir la tête de la capside. Ainsi, le phage lambda peut emporter soit le gène gal, soit le gène bio.

Le phage transducteur est capable d'infecter une nouvelle cellule, appartenant à son spectre d'hôte (principalement E. coli). Le phage transducteur ayant été excisé par recombinaison illégitime porte le site attR ou attL et non pas le site attP qui permet son intégration dans le chromosome par recombinaison site-spécifique. L'intégration du phage transducteur se réalise par recombinaison homologue entre le gène gal ou bio porté par le phage et les gènes correspondant sur le chromosome bactérien. Cette recombinaison ne permet donc pas l'intégration de nouveaux caractères dans la cellule transduite, mais un mélange d'allèles.