GENETIQUE BACTERIENNE

par **Serratia** Dim 28 Mar - 19:06

GENETIQUE BACTERIENNE

Les bactéries varient comme sur
l'aspect des colonies, l'aptitude à utiliser un substrat..........

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La génétique bactérienne est ainsi la science de la variation.

Est-elle aussi celle de l'hérédité, née de croisement ou
hybridation entre variétés ou espèces différentes ?

Or les bactéries sont haploïdes............Néanmoins des
possibilités existent

TRANSFERTS DE MATERIEL GENETIQUE

Objectifs :

Combien de types de transfert d'ADN existe-t-il chez les
bactéries ?
Donner la définition de la transformation
Donner la définition de la conjugaison
Donner la définition de la transduction
Pouvez-vous préciser leurs principales caractéristiques ?
Quelles ont été les conséquences scientifiques de ces
transferts ?
Quelles sont les conséquences médicales de ces transferts

A - INTRODUCTION

La reproduction par scissiparité est bien monotome, même pour une
bactérie. Pourquoi ne pas envisager que les bactéries aient leurs
transports (cf dictionnaire Robert par exemple) !!!!!!

Ceux-ci ont été initialement impliqués dans le processus
d'adaptation des bactéries à leur environnement, en faisant intervenir
des transferts d'ADN bactérien (1920-1965).

Combien et quels sont-ils ?
* la transformation * la conjugaison *
la transduction

Ces transferts d'acide désoxyribonucléique (ADN) bactérien doivent être suivis de recombinaison génétique
dite légitime (s'il provient d'une même espèce ou d'une espèce
voisine). Dans d'autres circonstances, l'ADN peut ne pas se recombiner
(cf plasmide). Ces transferts sont unidirectionnels, le plus souvent
partiels (1 à 2 % du génome transféré) et d'efficacité faible (fréquence
de recombinaison de l'ordre de 10^-6).

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Pour en savoir plus :
http://penguin.d.umn.edu/lectures/Hawley/genetrans/Gene.htm

B - LA TRANSFORMATION BACTERIENNE

Définition

La transformation "naturelle" ou
physiologique est le premier modèle connu de transfert de matériel
génétique lui-même (ADN), qui est fixé et absorbé par des bactéries
réceptrices, dites en état de compétence. Ce modèle a permis de
démontrer que l'ADN était le support chimique de l'hérédité en 1944.
Historique
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Pour en savoir plus :
http://www.scisoc.org/opae/forty.htm

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Pour en savoir plus :
http://tidepool.st.usm.edu/crswr/transformation.html

Les essais de transformation des pneumocoques R (colonie rough) en S (colonie Smooth) ont été finalement possibles en 1944 avec l'équipe d'Avery du Rockefeller Institute à New York.	[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]
Pour en savoir plus : http://www.ultranet.com/~jkimball/BiologyPages/A/Avery.html http://www.genethon.fr/projets/HistoireBM/HistoireBM.html#griffith.

Caractéristiques

D'une part, il doit y avoir de l'ADN libéré d'une bactérie
(exogénote). D'autre part celui-ci doit être fixé sur une bactérie
réceptrice en phase de compétence
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Cette absorption d'ADN polymérisé
est suivie d'une recombinaison génétique
légitime avec acquisition de nouveaux caractères génétiques
stables, donc transmissibles à la descendance dénommés recombinants ou
transformants.
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Ce transfert naturel d'ADN bactérien
est limité à quelques espèces
telles Streptococcus dont S. pneumoniae,
Neisseria, Haemophilus..... Il est partiel : une
partie de l'exogénote (1-2% du
génome) pénètre et se recombine (si
homologie suffisante).

Applications scientifiques

* Ce mode de transfert a un grand intérêt historique : L'ADN est bien le support chimique de
l'héridité, et non les protéines.

* Il a permis l'établissement
des premières cartes génétiques partielles chez les bactéries, et donc des études plus précises sur la
virulence, la résistance aux antibiotiques........

* C'est une technique
de base du génie génétique, utilisée
quotidiennement dans les laboratoires lors de clonage.

* Le concept de transférer de l'ADN par simple
contact a été développé avec des ADN
viraux dans les années 65, d'où le
terme de transfection.

* La découverte ultérieure de la transformation "artificielle" a permis alors de transférer divers ADN sous forme
de chimère ou hydride comme un plasmide sur lequel sont clonés des
gènes bactériens, animaux ou humains à des bactéries non transformables
naturellement comme E. coli.

* Pour les espèces non transformables, la technique
d'électroporation liée à la "création de pores" dans la paroi
bactérienne lorsque des impulsions électriques à haute tension sont
appliquées lors de la culture a été proposée par la suite. La durée et
l'intensité de l'impulsion sont à définir pour chaque espèce.

En bactériologie médicale, son intérêt est lié à l'émergence d'espèces résistantes aux antibiotiques comme le
pneumocoque ou récemment, le méningocoque.

Cette émergence de la résistance, à la
pénicilline G par exemple, a été lente depuis l'introduction des
antibiotiques. En fait ce phénonème n'a été possible qu'après sélection
de mutants résistants (streptocoques buccaux) lors d'antibiothérapie
puis de transfert du ou des gènes de cette résistance par transformation
naturelle à l'espèce pathogène potentielle en situation de portage.

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C - CONJUGAISON OU SEXUALITE
BACTERIENNE

Définition

Processus sexuel strict qui nécessite un contact préalable et un appariemment entre bactéries de sexe
différent (hétérothalliques) avec la formation d'un pont cytoplasmique
permettant les échanges bactériens dont celui du chromosome. Le facteur de sexualité ou de fertilité (F) permet la synthèse de pilis sexuels
chez la bactérie donatrice ou mâle et donne la polarité au chomosome. Le
transfert d'ADN chromosomique est à sens unique, orienté, progressif et
quelquefois total (2 h).

Historique

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Pour en savoir plus :
http://www.profiles.nlm.nih.gov/BB/Views/Exhibit/

J. LEDERBERG et E. TATUM en 1946 mélangèrent dans un milieu
liquide, 2 mutants polyauxotrophes d'E. coli K12: 10⁸
T-L-M+B+ et 10⁸ T+L+M-B- (exigence en thréonine, T- ;
leucine, L- ; méthionine, M- et biotine B-). Après plusieurs heures de
contact, l'étalement de 10⁸ bactéries sur un milieu
synthétique sans T, L, M et B est suivi, après incubation, de la
croissance d'une centaine de colonies à la surface du milieu. Ces clônes
ainsi que leur descendance sont T+ L+ M+ B+. Il ne pouvait s'agir de
mutants doublement réverses (probabilité de l'ordre de 10^-14)
mais de recombinants.

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Caractéristiques

- Spécificité - Fréquence : Le transfert d'ADN chromosomique suivi de
recombinaison est spécifique (intra espèces), mais limité, en
particulier aux espèces à Gram négatif telles E. coli, Salmonella,
Pseudomonas aeruginosa et aussi chez les Streptococcus.
Par contre, ce mode de transfert d'information génétique est très
largement rencontré dans le monde bactérien lorsqu'il s'agit de
transfert de plasmides conjugatifs (Tra+) porteurs ou non de
transposons. La spécificité est, dans ce cas, variable selon le type de
plasmides, certains ayant un large spectre (Inc P-1, par exemple).

- Différenciation sexuelle : Le transfert d'ADN qui est à sens unique ou
orienté (croisements fertiles (F) que dans un sens), met en évidence la
différenciation sexuelle entre le donneur et le receveur. Elle porte sur
la présence du facteur sexuel, appelé encore facteur de fertilité (F),
donnant la polarité à la bactérie donatrice ou mâle (F+). Il s'agit du
premier plasmide connu. Son potentiel d'information génétique (de
l'ordre de 2 % de celui du chromosome bactérien) code pour la
biosynthèse d'appendices ou pili sexuels, pour son insertion possible au
chromosome bactérien, pour la mobilisation ou le transfert partiel ou
non de ce dernier dans la bactérie réceptrice (F-). La conjugaison est
ainsi dénommée sexualité des bactéries.

- Contact ou appariement :
Cette phase individualise ce mode de
transfert. En effet, le transfert de gènes du donneur au receveur n'est
possible qu'après la formation de paires ou couples de bactéries
donatrice-réceptrice. Le rôle des pilis sexuels, flexibles ou non (2 à 3
par donneur) est essentiel, bien qu'incomplètement élucidé. Leurs
extrémités spécifiques, repérées par des bactériophages, reconnaissent
des zones de contact à la surface cellulaire des bactéries réceptrices,
s'y fixent et se rétractent. Cette rétraction des pilis sexuels a pour
effet de rapprocher les deux bactéries de sexe différent permettant un
contact cellulaire étroit (pont cytoplasmique de 100 à 300 mµ).

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-Transfert de l'ADN
chromosomique : La mobilisation du chromosome de la bactérie
donatrice peut alors débuter à travers le pont cytoplasmique sous la
forme monocaténaire (un des deux brins transmis). Ce transfert est à
sens unique, orienté et progressif, quelquefois total, durant alors une
centaine de minutes à 37° C. Son interruption artificielle par agitation
mécanique a permis l'analyse cinétique.

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Un processus de réplication
asymétrique restaure le brin monocaténaire non transféré du donneur au
niveau d'un site réplicateur spécifique proche du pont cytoplasmique ou
du pilus. Le processus ultérieur de recombinaison entre certaines
régions du brin monocaténaire exogène et celles de l'ADN receveur est
mal connu.
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- Caractères transférés -
fréquence : N'importe quel gène
bactérien peut être transféré comme l'aptitude à biosynthétiser un acide
aminé (thréonine, leucine, sérine)............ La fréquence de
recombinaison est faible, de l'ordre de 10^-6. La sélection de
certains clones (HfrC, par exemple) montra la possibilité d'augmenter
notoirement la fréquence de recombinaison de certaines marqueurs jusqu'à
10^-1.

Conclusions :

* Seul le mode de
transfert d'ADN bactérien d'une cellule à l'autre après contact
(conjugaison) a permis :

l'établissement de cartes
génétiques du chromosome bactérien (E. coli, P.
aeruginosa)
la circularité du
chromosome bactérien

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la caractérisation des
propriétés remarquables du facteur F (plasmide = insertion au
chromosome en des sîtes limités ou autonome). Le passage de l'état
intégré à l'autre par excision peut entrainer la formation d'un plasmide
F' (unité autonome de réplication et porteuse de gènes bactériens).

* La Sex-duction ou F-duction
se définit par le transfert de F' à une nouvelle cellule réceptrice
(F-), suivi ou non de recombinaison
légitime (chromosomique). En l'absence de recombinaison,
l'obtention de mérozygotes stables (diploïdes partiels) aboutit à la
notion du gène, unité de fonction (gène régulateur, promoteur, opérateur
et structure) (JACOB et MONOD, 1961).

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*
Ce mode de transfert d'information génétique est rencontré lors d'échange d'ADN non chromosomique comme l'ADN plasmidique (plasmides conjugatifs).
Il s'agit du principal facteur d'évolution des bactéries, en particulier
pour l'acquisition de la résistance aux antibiotiques.

D - TRANSDUCTION

Définition

Il s'agit d'un transfert d'ADN bactérien partiel, par l'intermédiaire
de bactériophages dont le rôle est
passif (vecteur). Il est dans ce cas, virulent donc
se multiplier dans la bactérie. Lors de la phase d'encapsidation, il
incorpore de l'ADN bactérien fragmenté.

Historique

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Pour en savoir plus :
http://www.asmusa.org/mbrsrc/archive/SIGNIFICANT.htm#1956

En 1952, N. ZINDER et J. LEDERBERG tentent d'obtenir des
recombinants après croisement de mutants auxotrophes de souches de Salmonella
typhimurium (LA22, LA2) responsables de toxi-infections d'origine
alimentaire. La fréquence des recombinants histidine+ tryptophane+, de
l'ordre de 10^-6, n'est pas modifiée lorsque les souches
parentales, séparées par un filtre en verre fritté, ne sont plus en
contact (cf expérience de Davis). L'existence d'un agent filtrable,
vecteur de l'information génétique est démontrée (bactériophage tempéré
produit par la souche parentale lysogène, LA 22).

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Pour en savoir plus :
http://www.zo.utexas.edu/faculty/sjasper/images/so23_02a.gif
http://www.phage.org/tphage2.gif

Caractéristiques

. INCIDENCE : Ce phénomène est en relation avec l'existence de
nombreuses souches lysogènes. Il est décrit aussi bien chez les espèces
bactériennes à Gram positif (Staphylocoques, Bacillus) qu'à Gram
négatif (Entérobactéries, Pseudomonas).

. TYPES : Trois variantes conditionnent les autres
caractères tels spécificité du ou des caractères transduits, fréquence
de transduction, recombinaison génétique ou non.

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Ce transfert
partiel de gènes bactériens peut
s'accompagner d'une recombinaison légitime (transduction généralisée) ou
non (tr. abortive et quelquefois tr. spécialisée).
Pour en savoir plus :
http://www.uark.edu/campus-resources/mivey/m4233/lyso.html

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Conclusions:

* mode de transfert ayant un intérêt historique (phage lambda et E. coli dans la
transduction restreinte ou spécifique)

* transfert en ADN bactérien
ou plasmidique limité (taille du phage)(<50 kb)

* En bactériologie médicale, on évoquera le terme de conversion lysogénique qui pourrait être une autre modalité de
transduction ? Plusieurs exemples ont un intérêt médical.

E- CONVERSION LYSOGENIQUE

Définition

C'est l'acquisition par une bactérie d'un caractère
somatique particulier déterminé par le génome d'un prophage spécifique. Son expression
dans toutes les bactéries est lié à
l'état lysogène. Il disparait avec la perte de celui-ci.

Exemples :

* toxine du bacille diphtérique

Pour en savoir plus :
http://www.gsbs.utmb.edu/microbook/ch032.htm

* toxine érythrogène par
le streptocoque A

* certaines cytotoxines (vérotoxines) chez E.coli
ECEP

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* certains facteurs
antigéniques de Salmonella:
Voici un exemple de conversion relatif à un antigène somatique (O15)
qui est rapidement révélé par immunofluorescence.

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Conclusion :

La notion de transfert du support chimique de l'hérédité d'une
cellule bactérienne à l'autre allait amener à extrapoler ce concept aux
cellules eucaryotes.

Pour en savoir plus :
http://www.madsci.org/posts/archives/may97/864507142.Ge.r.html

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