Propriétés interfaciales des virus, concept de particules molles multicouches, corrélation avec les capacités d'adhésion

Interfacial properties of viruses, soft multilayered particles concept, impact on adhesion capacities

• Auteur / Autrice : Christelle Dika Timbo
• Direction : Christophe Gantzer, Jérôme Duval
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Vie et de la Santé
• Date : Soutenance le 26/03/2013
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour les Matériaux et l’Environnement (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Pascale Boulanger
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ana Maria De Roda-Husman
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Ball, Rosina Girones

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bactéries -- Adhésivité

Agrégation (chimie)

Chimie des surfaces

Matière molle (physique)

Bactériophages

Mots clés libres

Bactériophages

Propriétés interfaciales

Particules molles

Adhésion

Agrégation

Bacteriophages

Interfacial properties

Soft particles

Adhesion

Aggregation

Résumé

Propriétés interfaciales des virus, concept de particules molles multicouches, corrélation avec les capacités d'agrégation Hors de leur cellule hôte, les virus se comportent comme des particules biologiques inertes dont le comportement est principalement guidé par les propriétés physico-chimiques dites de surface, en particulier la charge et la balance hydrophile/hydrophobe. A l'heure actuelle, il est impossible de prédire le comportement de virus en arguant uniquement de leur charge de surface. Très récemment, des auteurs proposent que les virus devraient plutôt être assimilés à des particules molles perméables et fortement hétérogènes (Biophysical Journal 94, 2008, 3293) et non de simples sphères dures. L'objectif de ce travail est de caractériser les propriétés interfaciales des bactériophages selon le concept de particules molles multicouches afin de pouvoir les classer/hiérarchiser selon leur réactivité en terme de capacités d'adhésion sur des surfaces abiotiques ou leur agrégation. Les phages ARN F-spécifiques tout comme les virus entériques pathogènes sont constitués d'une capside protéique à l'intérieur de laquelle se trouve un génome à ARN. Dans un premier temps, il a été démontré que les éléments situés à l'intérieur de la capside ont une influence majeure sur les propriétés physico-chimiques en particulier électrocinétiques. En effet, nous avons comparé pour la première fois les propriétés électrohydrodynamiques de phages MS2 avec celles de Virus Like Particles correspondantes (VLPs, particules virales dépourvues de génome) dans différentes conditions de pH et de force ionique. Selon des principes précédemment établis et basés sur un formalisme pour l'électrophorèse de particules molles multicouches, on démontre entre autre que les phages complets portent une charge volumique plus importante que les VLPs. Les profils d'agrégation pour chaque type de particules sont différents avec une survenue de l'agrégation uniquement au point isoélectrique et à faible force ionique pour les VLPs, montrant ainsi l'impact du génome sur les propriétés de stabilité de suspensions virales. Nous avons ensuite caractérisé l'influence de la méthode de purification sur les différences observées de propriétés électrocinétiques et d'agrégation. La confrontation de trois méthodes distinctes révèle que les purifications par dialyse et par gradient de chlorure de césium maintiennent les différences de comportement entre les deux types de particules tandis que la précipitation au polyéthylène glycol atténue ces différences pour ce qui est des caractéristiques électrocinétiques mais les différences persistent au niveau du comportement d'agrégation. Dans une seconde partie nous avons d'une part étudié les propriétés interfaciales de différents virus ARN F-spécifiques (MS2, GA et Qbêta) à structures similaires. Au moyen du concept de particules molles multicouches, nous avons montré que les trois phages présentent une charge électrostatique similaire et leur degré d'hydrophobicité respectif est établi selon la séquence MS2 < Qbêta < GA, GA étant le plus hydrophobe. Ces propriétés ont ensuite été corrélées aux capacités d'adhésion sur des supports industriels (verre, inox, polypropylène) dont les propriétés de surface ont été caractérisées par AFM. L'étude met en évidence l'impact de la rugosité et de l'hydrophobicité des surfaces de dépôt qui tendent à augmenter l'adhésion virale. Des virus à structures multicouches différentes (Phi X 174, PRD1, MS2) ont également fait l'objet d'investigation en termes de propriétés électrocinétiques, d'agrégation et d'adhésion. Les résultats montrent la séquence suivante concernant la charge électrostatique Phi X 174 < PRD1 < MS2 (MS2 étant le plus chargé négativement). Par ailleurs, une corrélation positive entre ces propriétés et les capacités d'adhésion des phages sur des surfaces chargées et des supports strictement hydrophiles ou hydrophobes a été établie.

The aim of this work is to characterize the interfacial properties of phages using the soft multilayer particles concept in order to interrelate appropriately their reactivity and their physico-chemical features. It was demonstrated that the RNA inside the capsid do have a major impact on the physico-chemical properties of the virus, in particular its electrophoretic mobility. We further compared electrohydrodynamic features of MS2 phage with those of the corresponding VLPs (virus particles without RNA). In line with theoretical predictions based on the soft particles concept, it is shown that MS2 are more negative than VLPs. The aggregation profiles of both particles significantly differ demonstrating the major influence of the genome on stability of viral suspensions. We then analyzed the influence of the virus purification method on the observed differences in terms of stability and electrohydrodynamics. We also studied the interfacial properties of phages exhibiting similar structures. It appeared that the phages display similar electrostatic charge while their hydrophobicity degree follows the sequence MS2<Qbeta<GA. These properties were then correlated to adhesion capacities onto industrial substrates whose surface characteristics were addressed by AFM. The results highlight the impact of roughness and hydrophobicity of the deposition surfaces which tend to increase viral adhesion. Viruses with different soft multilayered structures were then investigated with as result the following sequence for the electrostatic charge: Phi X 174<PRD1<MS2. A positive correlation between these properties and adhesion capacities onto charged surfaces and onto hydrophilic or hydrophobic materials has further been established