Une caractéristique unique des cellules eucaryotes, qui les distingue des bactéries, est la présence d’un noyau lié à une membrane qui contient l’ADN chromosomique (illustré ; crédit image). De façon surprenante, une structure semblable à un noyau qui se forme lors de l’infection virale des bactéries est le site de réplication de l’ADN viral (lien vers l’article).
Lors de l’infection de bactéries Pseudomonas par le phage 2O1phi2-1, un compartiment séparé se forme dans lequel la réplication de l’ADN viral a lieu. Une protéine phagique, la gp105, constitue la couche externe de ce compartiment, qui se forme initialement près d’une extrémité de la cellule, puis migre vers le centre. La migration du compartiment s’effectue sur un fuseau constitué de la protéine PhuZ de type tubuline.
En plus de l’ADN viral, certaines protéines gagnent l’entrée de ce compartiment, notamment les protéines virales impliquées dans la synthèse de l’ADN et de l’ARNm, et au moins une protéine de la cellule hôte. D’autres protéines, comme celles impliquées dans la traduction et la synthèse des nucléotides, en sont exclues. Cette compartimentation ressemble beaucoup à celle du noyau des cellules eucaryotes.
L’emballage de l’ADN viral a lieu à la surface du noyau viral. Les capsides vides du phage se forment au niveau de la membrane cytoplasmique bactérienne, puis migrent vers le compartiment où elles se fixent fermement à la surface. Par un mécanisme inconnu, l’ADN passe du compartiment à la capside. Les capsides sont ensuite libérées de la surface pour poursuivre leur maturation dans le cytoplasme. Les phages terminés sont libérés de la cellule lors de la lyse bactérienne.
Ces observations fascinantes soulèvent un certain nombre de questions sans réponse. L’infection par d’autres phages conduit-elle à l’assemblage d’un noyau viral ? Comment les molécules se déplacent-elles sélectivement à l’intérieur et à l’extérieur de la structure ?
Peut-être la question la plus intéressante concerne-t-elle l’origine des virus et des cellules. Selon une hypothèse, des acides nucléiques auto-répliquants, semblables à ceux des virus, pourraient être apparus en premier sur Terre, suivis par des cellules sans noyau. Le noyau serait-il une invention virale ?