Antibiotiques | Texte intégral gratuit | Isolement et caractérisation de deux nouveaux genres de bactériophages géants infectant Xanthomonas vesicatoria isolés dans des régions agricoles du Mexique

Xanthomonas est une bactérie Gram-négative, appartenant à la famille des Xanthomonadaceae, largement répandue dans tous les milieux, y compris les sols, les eaux et les plantes. Dans le domaine de la phytopathologie, Xanthomonas Les espèces sont devenues des agents pathogènes importants à l’origine de diverses maladies des plantes ; la tache bactérienne est l’une des plus graves, affectant de nombreuses cultures dans les régions tropicales subtropicales et entraînant d’importantes pertes économiques dans le monde entier [1,2]. Récemment, les agents responsables des taches bactériennes sur la tomate et le poivron ont été reclassés, regroupés en quatre lignées et trois espèces : X. euvesicatoria pv. euvesicatoria (précédemment X. euvesicatoria), X. euvesicatoria pv. perforans (précédemment X. perforans), X. vesicatoria et X. hortorum pv. gardneri (précédemment X. gardneri) [3,4]Plusieurs stratégies ont été employées pour la gestion de la tache bactérienne, notamment l’utilisation de semences et de transplants sains, le traitement des semences, la rotation des cultures, les pratiques de culture, la culture de cultivars moins sensibles et l’application de composés de cuivre ou d’antibiotiques [5,6,7,8]Cependant, la plupart de ces méthodes se sont révélées inefficaces pour contrôler la maladie ; en outre, la surutilisation des antibiotiques a accéléré l’émergence de Xanthomonas pathovars résistants à plusieurs antibiotiques tels que la streptomycine, la kanamycine, l’oxytétracycline, l’ampicilline et la pénicilline [9,10]ce qui pose un défi à la gestion des maladies et suscite des inquiétudes au sein de l’opinion publique quant à son impact sur l’environnement et ses effets potentiels sur la santé humaine.

Les bactériophages (ou phages, en abrégé) sont des virus qui infectent et tuent naturellement les bactéries. Ils sont répartis dans le monde entier et peuvent être pratiquement isolés à partir de divers échantillons où leurs bactéries hôtes sont présentes. Les phages peuvent avoir différents cycles de vie, notamment le cycle lytique, dans lequel le phage infecte ses bactéries hôtes et détourne leur métabolisme pour produire de nouvelles particules virales déclenchant la lyse bactérienne. Alternativement, les phages peuvent s’intégrer dans le génome bactérien et se répliquer, avec les bactéries abritant le cycle lysogène [11]En raison de leur potentiel de lyse des bactéries, les phages suscitent l’intérêt en tant que stratégie alternative respectueuse de l’environnement pour contrôler les infections bactériennes, notamment dans les approches agricoles visant à améliorer la gestion des phytopathogènes et à rendre la production alimentaire plus durable. [12].

Des phages spécifiques infectant les xanthomonades ont été isolés et caractérisés, et certains d’entre eux ont été évalués dans des applications de lutte biologique dans plusieurs cultures, telles que la pêche, le chou et la tomate (revu dans [13]). La plupart des phages décrits pour la tache bactérienne possèdent une activité lytique contre X. euvesicatoria [14,15]mais peu de phages sont lytiques contre X. perforans [16,17]Jusqu’à présent, seules quatre études ont décrit des phages présentant une activité lytique contre X. vesicatoriace qui fait que seuls cinq génomes de phages sont disponibles dans la base de données GenBank : XaF13 (MN335248), phiXaf18 (MN46129), vB_XveM_DIBBI (NC_017981, JN022534), Eir4 (OL581611) et Eisa9 (OL58161) [18,19,20]. Néanmoins, une formulation commerciale commercialisée sous le nom d’Agriphage^MT pour les taches bactériennes sur les tomates et les poivrons a été développé par Omnilytics [2]. Par conséquent, les informations génétiques sur des X. vesicatoria Les phages ont été sous-explorés, soulignant le manque de connaissances sur leur diversité et leur biologie, et limitant le développement de formulations pour les applications de lutte biologique.

Tache bactérienne causée par Xanthomonas est une maladie dévastatrice, qui entraîne des pertes importantes. Plusieurs études ont démontré que l’utilisation de bactériophages lytiques comme traitements pour contrôler les bactéries pathogènes est une stratégie prometteuse pour surmonter la gestion inefficace des maladies et réduire les impacts environnementaux causés par les composés chimiques [1]. Ici, nous avons isolé et caractérisé deux nouveaux phages géants infectant spécifiquement Xanthomonas vesicatoria souches. Les phages XaC1 et XbC2 ont des tailles de génome de 348 967 nt et 367 901 pb, respectivement, et ont été classés comme phages jumbo en raison de la possession de génomes supérieurs à 200 kpb [34]Les deux phages étaient dépourvus d’intégrases ou de répresseurs de type CI, ce qui suggère que les deux phages sont virulents, ce qui est cohérent avec la formation de plaques claires sur la gélose supérieure (Figure 1). Il est intéressant de noter que les phages XaC1 et XbC2 possèdent de longs DTR de 32 031 pb et 17 581 pb de longueur, respectivement, ce qui suggère le mécanisme d’emballage du DTR où le DTR est étendu par la synthèse d’entailles décalées aux extrémités 3′ [35]. De longs DTR ont été trouvés dans plusieurs phages avec des longueurs allant de plus de cent bases, comme le phage Tsamsa, à 284 pb [36]à plusieurs kilobases, comme le Xanthomonas phage XacN1, qui présente une longueur DTR de 65 875 pb [21].

D’autre part, il a été découvert que les deux phages codaient plusieurs ARNt ; en particulier, XbC2 code 34 ARNt, une caractéristique partagée avec des phages similaires que nous avons utilisés pour des comparaisons génomiques, telles que Pectobacterium phage vB_PcaM_CBB (27 ARNt), Erwinia phage pEa_SNUABM_50 (34 ARNt), Erwinia phage pEa_SNUABM_47 (35 ARNt), Cronobacter phage vB_CsaM_GAP32 (26 ARNt) et Serratia phage BF (31 ARNt). En général, il a été proposé que les phages codent des ARNt pour compenser l’utilisation des codons, en complétant les codons essentiels pour le phage mais moins couramment utilisés par l’hôte [37]. Ceci peut être confirmé par le fait que plusieurs ARNt codés par les phages XaC1 et XbC2 ont montré une utilisation de codons plus élevée que celle de l’hôte (tableaux S7 et S8). De plus, d’autres études ont suggéré que les ARNt codés par les phages peuvent être sélectionnés positivement car ils ne sont pas sensibles aux nucléases anticodon de l’hôte [38] ou utilisé pour échapper à l’immunité bactérienne médiée par le rétron [39].

En revanche, les phages XaC1 et XbC2 contiennent un nombre significatif d’ORF restants sous forme d’ORFans codant pour des protéines hypothétiques. De plus, les deux phages abritent des gènes codant des méthyltransférases, qui peuvent assurer la protection des phages contre l’activité endonucléase des systèmes de restriction-modification (tableau S7) [40]. On a découvert que le phage XbC2 codait des protéines de type Cas4 et Sir2, qui jouent un rôle dans l’immunité bactérienne. Cas4 est une endonucléase d’ADN impliquée dans la sélection d’un nouvel espaceur lors de l’expansion de CRISPR [41]. Cas4 a été trouvé dans les phages, y compris ceux qui infectent Xanthomonas espèces [40]. Dans Campylobacter jejuniLes systèmes CRISPR ne contiennent pas de protéines Cas4. Pourtant, la protéine Cas4 codée par le phage favorise l’acquisition de nouveaux espaceurs d’origine hôte, ce qui suggère que l’acquisition d’auto-espaceurs utilise le génome bactérien comme leurre pour empêcher l’acquisition de l’ADN du phage [42]. Entre-temps, des protéines de type Sir2 ont été signalées dans les systèmes de défense bactériens qui épuisent le NAD⁺ et déclencher une propagation avortée des phages [43].

Le phage XaC1 code une dépolymérase EPS (ORF298) abritant un repli de pectine_lyase (IPR011050), une structure équivalente à l’ORF42 du phage SH-KP152226 de Klebsiella pneumoniae qui code une dépolymérase capable de dégrader les exopolysaccharides (EPS) et les biofilms [44]soulignant son potentiel en tant qu’enzybiotique. D’autres gènes trouvés dans XaC1 et XbC2, tels que TerD, phoH et MazG, ont été signalés comme gènes métaboliques auxiliaires (AMG). TerD et phoH peuvent contribuer à augmenter la survie de l’hôte dans des conditions difficiles, offrant une résistance à la tellurite et une survie dans des environnements pauvres en nutriments [45,46]. MazG est une pyrophosphohydrolase agissant en aval du système toxine/antitoxine MazEF, jouant un rôle dans la diminution des niveaux cellulaires de l’alarmone centrale (p)ppGpp en réponse à l’épuisement des acides aminés [47]Les protéines de type MazG se trouvent généralement dans les génomes viraux des environnements marins, et on pense que l’épuisement du (p)ppGpp cellulaire par le MazG viral permet la transcription dans la cellule infectée, favorisant la réplication virale comme si elle se trouvait dans un environnement riche en nutriments. [48]. Récemment, une étude a démontré que les protéines de type MazG codées par les phages neutralisent les réponses de l’hôte de TIR et STING, deux systèmes d’infection abortive (Abi), pour assurer la propagation du virus [49].

Divers facteurs environnementaux tels que la température et le pH sont connus pour inactiver les particules de phage en raison de dommages aux protéines structurelles. Étant donné que XaC1 et XbC2 peuvent potentiellement être utilisés pour la lutte biologique, nos résultats suggèrent que les deux phages restent relativement viables dans une plage de 25 à 45 °C et de pH 5 à 9. À Sinaloa, la température dépasse rarement 45 °C et certaines études ont indiqué que les sols agricoles sont modérément alcalins (pH 7,44), bien que des échantillons acides et alcalins puissent être trouvés à certains endroits [50,51]. Néanmoins, pour surmonter ces limitations, les phages peuvent être formulés avec des polymères et d’autres composés pour améliorer leur viabilité, garantissant ainsi leur efficacité. La viabilité des phages a été améliorée en utilisant du tréhalose, de l’isoleucine, de la maltodextrine, du chitosane et d’autres [52,53,54]. Par conséquent, les phages XaC1 et XbC2 sont des candidats potentiels pour Xanthomonas la lutte biologique, des études supplémentaires doivent donc être menées pour atteindre leurs applications.