La manière dont certains virus injectent leur ADN dans des bactéries ou d'autres types de cellules semble être beaucoup plus simple que les scientifiques ne le pensaient auparavant. Plutôt que d'utiliser des moteurs moléculaires ou des mécanismes compliqués, les virus laissent la physique simple faire le travail à leur place. Il s'agit d'une découverte récente du professeur Willem Kegel de l'Université d'Utrecht et de ses collègues de l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA), et le California Institute of Technology (Caltech). Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans la revue scientifique Examen physique X .

La force motrice derrière l'étape initiale et rapide, est la haute pression à l'intérieur du virus. La deuxième étape, qui prend beaucoup plus de temps à terminer, semble être diffusion; un résultat direct du mouvement aléatoire des atomes et des molécules. Les chercheurs s'attendent à ce que ce mécanisme de diffusion soit également responsable d'autres processus de transport à l'intérieur de la cellule et entre les cellules.

Les virus ont plusieurs stratégies pour insérer leur ADN dans la cellule de leur hôte, ce qui est une étape nécessaire dans leur processus de reproduction. Cette étude a examiné les phages, virus qui infectent les bactéries. Ces virus infectent leurs hôtes d'une manière comparable à celle des autres virus, comme les virus de l'herpès, qui provoquent des symptômes désagréables chez l'homme.

"Nous nous attendons à ce que le mécanisme que nous avons découvert joue un rôle important dans les infections par ce type de virus, " a déclaré le chef de la recherche, le professeur Willem Kegel de l'Université d'Utrecht. " Nous pensons également que le mécanisme de diffusion que nous avons trouvé peut également être responsable d'autres processus de transport à l'intérieur de la cellule, comme le transfert de gènes entre bactéries, transport de protéines à l'intérieur des cellules, et le transport de l'ARN messager à travers les pores du noyau cellulaire."

Un phage se compose d'une tête et d'une queue. La queue agit comme une aiguille d'injection qui peut pénétrer la membrane cellulaire. L'ADN est stocké dans la tête du phage, et exerce une pression d'environ 60 bars. Cela équivaut à 20 fois la pression d'un pneu de voiture entièrement gonflé, ou la pression à 600 mètres sous l'eau. Une fois que la queue du phage pénètre dans la cellule, la «valve» s'ouvre et l'ADN est injecté dans la cellule à grande vitesse. Cela libère rapidement la pression de l'ADN à l'intérieur du phage. Une question en suspens pour les chercheurs était donc :qu'est-ce qui force la dernière portion d'ADN à entrer dans la cellule une fois la pression relâchée ?

Dans une expérience, les chercheurs ont déterminé la vitesse du transport de l'ADN du phage à la cellule dans des phages dans lesquels seule la pression initiale était différente. Dans les deux cas, les chercheurs ont observé deux étapes distinctes. Les calculs ont confirmé leur suspicion que la force motrice de la première étape est bien la pression, et rien que la pression.

Cependant, dans les deux phages, le transport de l'ADN dans la deuxième étape s'est produit à des vitesses égales (lentes). De plus, la vitesse d'injection semblait dépendre uniquement de la quantité d'ADN qui avait déjà été injectée dans la cellule. Cela suggère que le seul facteur qui pourrait jouer un rôle dans la vitesse d'injection, à part l'ADN lui-même, était les caractéristiques du cytoplasme de la cellule.

Le cytoplasme est en fait une solution colloïdale :les protéines et autres grosses molécules à l'intérieur d'une cellule ont des dimensions colloïdales, et se déplacent plus ou moins librement dans une substance aqueuse. Kegel a une expérience de recherche considérable avec les systèmes colloïdaux, qui a permis de traduire les données expérimentales dans un modèle théorique.

Cela a permis aux chercheurs de prouver que les vitesses d'injection observées pouvaient s'expliquer par le scénario le plus simple imaginable :diffusion, ou le mouvement aléatoire de l'ADN injecté à travers le cytoplasme. "La vitesse à laquelle l'ADN du phage se déplace dans le cytoplasme de l'hôte peut être déterminée de manière simple en utilisant la physique des systèmes colloïdaux, " dit Kegel.