Propriétés interfaciales des bactériophages ARN F-spécifiques : Implications lors des processus d’adhésion – agrégation

par Jérémie Langlet

Thèse de doctorat en Environnement et Santé

Sous la direction de Christophe Gantzer et de Fabien Gaboriaud.

Soutenue le 11-08-2008

à Nancy 1 , dans le cadre de BioSE .

Le président du jury était Jérôme Duval.

Le jury était composé de Christophe Gantzer, Fabien Gaboriaud, Jean-Christophec. Schrotter.

Les rapporteurs étaient Francisco Lucena, Paul Rouxhet.


  • Résumé

    Les bactériophages ARN F-spécifiques sont couramment utilisés comme des modèles de virus entériques pathogènes pour l’homme car ils ont une taille (~ 25 nm) et une structure proches. Néanmoins, en dehors de leurs cellules hôtes, les phages, tout comme les virus pathogènes, sont des particules biologiques inertes dont le comportement dépendra directement des propriétés de surface. Paradoxalement, peu de données sont connues dans ce domaine alors que ce sont des aspects incontournables, tant d’un point de vue théorique pour développer de nouvelles approches adaptées aux particules biologiques, que d’un point de vue industriel pour limiter le risque viral. L’objectif de ce travail est de préciser les propriétés interfaciales de bactériophages ARN Fspécifiques (charge, hydrophobicité) en milieu aqueux et en tenant compte des spécificités des particules biologiques notamment de leur perméabilité hydrodynamique. Nous avons également cherché à relier ces propriétés aux capacités d’adhésion-agrégation des particules virales. Deux aspects sont abordés : l’élimination des virus par des procédés de filtration membranaire et l’impact de l’agrégation sur l’estimation du nombre d’unités infectieuses. Dans la première partie, nous avons défini la nature et les caractéristiques de l’interface du phage MS2 et son impact sur les mesures de mobilités électrophorétiques. Pour la première fois, nous décrivons le comportement électrocinétique de particules biologiques sphériques constituées de plusieurs couches molles (génome, génome accolé à la capside, capside protéique) en prenant en compte l’anisotropie chimique et structurale des particules. Il en résulte des mobilités négatives dues à une perméabilité élevée, d’un ordre de grandeur égal à l’épaisseur de la capside protéique ( 2 nm). Cette perméabilité permet au flux électro-osmotique de « sonder » la charge négative du génome du phage MS2 et montre que les virus ne peuvent pas être assimilés à des particules dures non perméables. Le potentiel zêta (?) n’est donc pas adapté à ce type de particule. Comme le génome a un impact sur la charge du virus, nous nous sommes intéressés à quatre phages ARN F-spécifiques ayant des tailles de génome différentes : ~ 3500 nucléotides pour les phages MS2 et GA, ~ 4200 nucléotides pour les phages Qß et SP. En combinant des mesures de tailles et de mobilités pour différentes valeurs de pH (de 1,5 à 7,5) et de forces ioniques (NaNO3, 1 et 100 mM), nous avons défini l’échelle d’hydrophobicité suivante : GA et SP > Qß > MS2. De même, en nous basant sur les mobilités électrophorétiques, il ressort que la charge négative du phage Qß sous forme isolée est plus importante que celle du phage MS2 (perméabilité hydrodynamique supposée comparable à l’état isolé). Le point isoélectrique (pI) de la littérature pour le phage Qß (5,3) a d’ailleurs été remis en cause (entre 1,9 et 2,7 dans cette étude). Les mobilités des phages SP et GA ne peuvent être comparées aux autres car ces phages sont sous forme agrégée et donc présentent une perméabilité hydrodynamique différente. Ces propriétés interfaciales différentes permettent d’expliquer le comportement des phages MS2 et Qß lors d’un traitement par filtration membranaire. Les membranes classiquement utilisées dans le cadre du traitement de l’eau sont hydrophiles et électronégatives. Or, c’est bien le phage Qß qui est toujours moins bien éliminé, quelle que soit la porosité de la membrane (ultrafiltration ou microfiltration). Nous avons par ailleurs démontré que les techniques rapides de RT-PCR en temps réel sont aussi adaptées que la technique de référence par plages de lyse (UFP). Finalement, dans certains cas, l’agrégation virale pourrait expliquer la baisse des unités infectieuses (UFP) du phage MS2 en solution. Cette agrégation peut entraîner une baisse d’UFP de 1 à 3 log10. La congélation cause également une perte d’UFP mais celle-ci est due à la dégradation du virus et non à son agrégation. Ainsi, les méthodes expérimentales et théoriques développées dans cette thèse ont abouti à une meilleure connaissance des propriétés interfaciales des phages ARN F-spécifiques. Les résultats fondamentaux obtenus ont également mené à des avancées méthodologiques pour des applications industrielles.

  • Titre traduit

    Interfacial properties of F-specific RNA bacteriophages : Implication for adhesion-aggregation processes


  • Résumé

    thesis


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