Une nouvelle méthode phage Tn-seq cartographie les gènes essentiels et ajoute du matériel génétique

Une nouvelle méthode vise à faciliter l’étude et la modification des phages en identifiant les parties essentielles de leur génome et en y introduisant du matériel génétique supplémentaire. Cette technique, appelée phage Tn-seq, a été testée sur un éventail de phages et a également produit des phages porteurs de deux mutations conçues par génie génétique.

Les travaux sont présentés dans Nature Microbiology, une publication diffusée sur nature.com. Selon ses concepteurs, cette approche pourrait contribuer à surmonter deux obstacles persistants de la recherche sur les phages : les connaissances limitées sur leur fonctionnement et la difficulté de les reconcevoir rapidement en vue d’une utilisation thérapeutique potentielle.

Les phages jouent un rôle important dans l’évolution des bactéries et sont étudiés pour leur utilisation possible comme antimicrobiens. Les progrès dans ce domaine dépendent de la compréhension des gènes phagiques nécessaires, de la manière dont ces gènes sont utilisés pendant l’infection et de la façon d’introduire de nouvelles charges génétiques sans désactiver le phage. La nouvelle méthode vise à répondre à chacune de ces questions au moyen d’une stratégie pangénomique unique.

Une méthode générale pour tester les gènes des phages

La méthode phage Tn-seq combine la mutagenèse par transposon Tn5, une sélection fondée sur l’activité anti-CRISPR et le séquençage à haut débit. De manière générale, la mutagenèse par transposon introduit des insertions à différents endroits d’un génome. Les chercheurs peuvent ensuite examiner quelles insertions subsistent après la sélection et déterminer où elles se sont produites grâce au séquençage.

Appliquée aux phages, cette méthode permet d’examiner de nombreux emplacements génomiques plutôt que d’étudier les gènes un par un. Elle a fonctionné sur des phages divers, notamment un phage géant qui forme un noyau. Ce résultat est important dans le cadre de l’étude, car il montre que l’approche ne se limite ni à un seul type de phage ni à une seule organisation génomique.

Les déterminations obtenues concernant l’essentialité des gènes concordaient avec les données de deux autres sources : la protéomique structurale et la conservation des gènes centraux. La protéomique structurale a fourni des informations sur les composants des phages, tandis que la comparaison des gènes centraux conservés a offert une indication indépendante des gènes maintenus chez les différents phages. La concordance entre ces approches a confirmé l’utilité des mesures fondées sur les insertions.

La répartition des insertions de transposons fournissait également des informations allant au-delà de l’essentialité des gènes. Les biais dans la localisation des insertions ont permis aux auteurs de prédire le sens de la transcription. Ces mêmes profils ont aidé à identifier les régions injectées précocement et celles qui sont fortement exprimées.

Modifier les phages en quelques jours

Les chercheurs ont également utilisé les transposons comme vecteurs pour introduire de nouvelles charges génétiques. Selon l’étude, cela a permis d’ajouter ces charges aux phages en quelques jours, offrant une méthode de modification des phages plus rapide que les approches qui dépendent d’une compréhension moins complète du génome de chaque phage.

Les travaux comprenaient un système de transposon Acr conçu par intelligence artificielle. Ce système a été décrit comme orthogonal et utilisé pour produire des doubles mutants de phages, c’est-à-dire des phages porteurs de deux mutations conçues par génie génétique. Son inclusion étend la méthode au-delà de la cartographie des gènes existants : la même boîte à outils générale peut contribuer à construire des phages présentant des modifications génétiques combinées de manière délibérée.

Les chercheurs ont en outre montré qu’il était possible d’insérer un transposon dans des phages dont l’ADN est hypermodifié. Ces modifications chimiques peuvent rendre les génomes phagiques plus difficiles à manipuler ou à analyser. La démonstration d’une insertion chez ces phages élargit l’éventail des systèmes auxquels la technique pourrait être appliquée.

Pourquoi cet outil est important

L’étude présente la méthode phage Tn-seq comme une plateforme polyvalente plutôt que comme une méthode conçue pour une seule tâche précise. Elle peut servir à identifier les gènes essentiels, à obtenir des indications sur la transcription et l’injection précoce du génome, à ajouter du matériel génétique et à créer des doubles mutants. Ses performances sur différents phages sont au cœur de cette affirmation.

La méthode ne permet pas à elle seule de répondre à toutes les questions concernant la biologie des phages, mais elle offre un moyen de produire plus rapidement des données pangénomiques. Cela pourrait améliorer la compréhension de l’évolution et du fonctionnement des phages, tout en soutenant les efforts visant à les développer comme antimicrobiens.

L’objectif plus large des auteurs est de rendre les phages plus accessibles à l’expérimentation systématique. En combinant mutagenèse, sélection fondée sur les systèmes anti-CRISPR et séquençage à haut débit, l’approche relie découverte et modification génétique au sein d’un même processus. L’étude présente ainsi la méthode phage Tn-seq comme une base à la fois pour étudier les génomes des phages et pour les utiliser dans de futures thérapies à base de phages.