MiniPhage-SHAPE vise à comprendre comment un virus mobilise ses gènes pour se multiplier dans une cellule hôte et à exploiter ces connaissances pour définir le génome minimal requis pour le cycle infectieux. Nous étudierons le phage SPP1, qui infecte la bactérie à Gram positif Bacillus subtilis.
Nous analyserons systématiquement une bibliothèque de mutants de SPP1 portant chacun la délétion d’un seul gène afin d’en caractériser la contribution à l’infection. Les gènes seront classés comme essentiels, contribuant à la fitness ou neutres, selon leurs effets sur différentes souches hôtes et dans diverses conditions. Plusieurs approches permettront ensuite d’attribuer des fonctions biochimiques aux protéines phagiques et d’identifier les étapes du cycle viral auxquelles elles contribuent. Nous chercherons ainsi à identifier les fonctions nécessaires à la multiplication de SPP1 et à la prise de contrôle de la cellule hôte, la transformant ainsi en une usine virale. Des mini-bioréacteurs contrôlés par ordinateur, des systèmes hypermutateurs et le séquençage à haut débit serviront à étudier l’évolution de SPP1 en culture continue, à explorer la diversification de son génome et à optimiser des mutants de SPP1.
Ces connaissances guideront la conception de mini-SPP1, un phage à génome minimal obtenu par délétions successives. Les effets délétères de cette réduction seront compensés par évolution adaptative en bioréacteur. Des phages à génome réduit et à fitness proche de celle du phage sauvage pourraient alors constituer de nouveaux outils pour la biologie de synthèse et permettre l’expression à haut niveau de voies de biosynthèse hétérologues. Ils tireraient parti notamment des centaines de copies du génome de SPP1 présentes dans les cellules infectées de façon persistante.
Ce projet vise à définir l'ensemble des fonctions biochimiques nécessaires à la multiplication d’un virus bactérien et à fournir les connaissances fondamentales pour son ingénierie synthétique rationnelle.

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MiniPhage-SHAPE aims to understand how a virus uses its full set of genes to multiply inside a host cell and to apply this fundamental knowledge to define the minimal genome required for phage viability. We will study the bacterial virus SPP1, which infects the Gram-positive bacterium Bacillus subtilis.
We will conduct a systematic phenotypic analysis of an SPP1 library of single-gene deletion mutants to investigate the function of each gene individually. Genes will be classified as essential, fitness-contributing or neutral according to their effects on infection across host strains with diverse genetic backgrounds and under different conditions. We will then use an array of methods to assign biochemical functions to these proteins and identify the viral cycle steps to which they contribute. Our goal is to establish a comprehensive inventory of the functions required for SPP1 multiplication and its takeover of host-cell functions. Computer-controlled mini-bioreactors, hypermutator systems and deep sequencing will be used to study SPP1 evolution in continuous culture, explore genome diversification under hypermutation and optimize reduced-genome mutants.
Knowledge of the genes essential for viral multiplication will guide the engineering of mini-SPP1, a phage with a minimal genome, through sequential gene deletions. The deleterious effects of genome reduction will be addressed through adaptive laboratory evolution in bioreactors to improve infection performance. Phages combining a reduced genome with near-wild-type fitness could provide new genetic tools for synthetic biology and platforms for high-level expression of heterologous biosynthetic gene clusters, potentially benefiting from the hundreds of SPP1 genome copies maintained in persistently infected cells.
Collectively, this project aims to define the set of biochemical functions required for the sustainability of a bacterial virus, generating the fundamental knowledge for its rational synthetic engineering.