Génétique bactérienne
Petite introduction ...
La génétique est une science de la variation et de
l'hérédité. Elle est née de l'étude chez les organismes doués de reproduction sexuée, du
croisement ou hybridation entre races ou variétés de la même espèce.
L' ADN bactérien peut être
l'objet de variations qui se traduisent par l'apparition de différences
héréditaires dans les structures et/ou dans le fonctionnement des bactéries.
Les variations génétiques ou
génotypiques (le génotype est l'ensemble
des déterminants génétiques portés par une cellule) résultent d'une mutation,
d'une transformation, d'une conjugaison par acquisition d'un plasmide ou d'une
transduction entraînant un
changement d'un ou plusieurs
gènes.
Un peu d'histoire ...
- En1928 , Monsieur Fred Griffith découvre la transformation bactérienne. la nature biochimique du matériel génétique mis en évidence est élucidée en 1944 par les travaux de Oswald Avery, Colin McLeod, McLyn McCarthy): L'identification de l'ADN.
- Phoebus, Aaron et Levene (1869 - 1940) découvrent l’enchaînement répétitif des quatre bases azotées.
- Mr Levene identifie le désoxyribose comme un des constituants de l'ADN ultérierement.
- Hershey, Delbrück et Luria mettent en évidence en 1946 la génétique des bactériophages.
- Lederberg et Tatum 1946 : mettent en évidence l’échange de l’information génétique entre les bactéries.
- Davis en 1950 : met en évidence que l’échange de l’information génétique nécessite un contact physique entre les bactéries.
- Chargaff en 1950 : met en évidence le contenu en bases azotées de l'ADN chez diverses espèces, le rapport A+T/C+G est variable selon les espèces, mais constant pour tous les membres d'une espèce donnée.
- Watson et Crick en 1953 découvrent la structure en double hélice de l'ADN
- En 1953, Hayes met en évidence que le transfert de l’information est unidirectionnel.
Supports génétiques
Chromosome : ADN bactérien
v Structure
L’ADN chromosomique est constitué d’une
double hélice d’ADN circulaire
pelotonnée, surenroulée dans le cytoplasme grâce à l’action des topo isomérases
( au nombre de 4 chez les bactéries). Déplié le
chromosome bactérien mesure près de 1 mm de long (1000 X la taille de la bactérie et 3-5
nanomètres de large).
Les formes topologiques : L'ADN
bactérien qui est circulaire peut exister sous trois formes topologiques
(superenroulée, relâchée, linéaire)
Il n’est pas entouré par une membrane nucléaire
Constitution de l’appareil nucléaire
Dans l’appareil nucléaire d’une bactérie il y a : 80 % ADN, 10 % ARN et 10% Protéines- enzymes:
- ADN polymérase qui copient les doubles brins d’ADN
- Les topo-isomérases :
Type I : ADN topo-isomérases et de
Type II : ADN gyrases sont des enzymes qui contrôlent la structure topologique de l’ADN en générant des coupures transitoires dans celui-ci et en catalysant le passage des segments d’ADN à travers ces coupures avant de les refermer
- ARN polymérases qui assurent la synthèse des divers ARN.
v
Multiplication de l’ADN
L’ADN bicaténaire est stabilisé par des appariements stricts de
bases : Adénine (A) avec la Thymine (T) par deux liaisons hydrogènes et la guanine (G) et la cytocine (C) par 3
liaisons hydrogènes.
La réplication se fait par copie de l’ADN matriciel. Chaque molécule d’ADN initialement présente se séparera en deux brins d’ADN qui serviront de matrice aux brins néo-synthétisés. Il y aura donc un brin parentale et brin nouveau qui constitueront ensemble la nouvelle molécule d’ADN de la cellule fille.
Eléments génétiques mobiles
Plasmides
Définition :
Les plasmides sont des molécules
d’ADN bicaténaire, circulaire extra-chromosomique (cytoplasmique) , de taille
variable (0,5-500 Kb) , présentant une autonomie de réplication et sont transmissible de façon stable à la descendance .
Les plasmides sont très fréquents dans
le monde bactérien ,leurs transmission d'une cellule bactérienne à une autre
peut s'effectuer par conjugaison (Tra+) ou transduction.
v Caractéristiques des
plasmides :
Les
plasmides sont caractérisés:
• Par une grande variabilité des systèmes génétiques intervenant dans leur réplication.
• Les plasmides peuvent être classés en famille d’incompatibilité :
ü Deux plasmides appartenant à une même famille ne peuvent pas coexister au
sein d’une même bactérie
ü Deux plasmides appartenant à deux familles différentes peuvent coexister
au sein d’une même bactérie.
v Types de plasmides :
Il existe deux types de plasmides (Plasmides conjugatifs et Plasmides non conjugatifs)
Lorsque le facteur F est intégré au chromosome bactérien, la bactérie devient Hfr
ü
Le Plasmide non conjugatif : de petite taille (7-10 Kb), il
code rarement pour plusieurs caractères, il ne présente pas d’Opéron
Tra.
Ils se transmettre grâce à la co-existence au sein d’une bactéries
avec un plasmide conjugatif ( conjugaison ou co-transfert)
v Fonction d’un plasmide
Il existe des plasmides portant
des gènes codant :
1-Pour les résistances aux
antibiotiques, aux antiseptiques, aux métaux toxiques et aux irradiations
2-Pour des caractères métaboliques
(acides aminés, hydrate de carbone)
3-Pour des facteurs d’adhérence ou des
toxines ….
Transposons :
- Les séquences d’insertion
- Les transposon composite
- Les transposon non composites
Intégron :
Définition :
L’intégron est incapable d’autoréplication il doit être portés par un plasmide, chromosome ou
les éléments transposables.
Variations antigénique
Mutation
Transferts plasmidiques
Conjugaison :
Définition :
C’est un transfert d'ADN entre une
bactérie donatrice et une bactérie réceptrice .Elle nécessite le contact et l'appariement
entre les bactéries. Ce transfert repose sur
la présence dans la bactérie donatrice ou mâle portant le facteur de sexualité
ou de fertilité (facteur F). Celui-ci permet la synthèse de pili sexuels et
donne la polarité à la bactérie.
Le transfert
d'ADN chromosomique qui est à sens unique, orienté, progressif et quelquefois
total, a beaucoup de similitudes avec le transfert d'ADN extrachromosomique
(plasmidique)
Transfert
plasmidique essentiellement, les gènes les plus proche de l’origine sont
transférés en premier.
Caractères de la conjugaison :
- Ø Le transfert d'ADN chromosomique par conjugaison ne se produit qu'entre bactéries d'une même espèce (spécificité), et surtout chez les bactéries à Gram négatif telles que les entérobactéries (E.coli, Salmonella... et Pseudomonas aeruginosa).
- Ø Le transfert d'ADN extra-chromosomique (plasmide) est en revanche plus répandu parmi les espèces bactériennes et est moins spécifique d'espèce.
Transformation
- La transformation est le transfert passif d'ADN d'une bactérie donatrice à une bactérie réceptrice, dite en état de compétence.
- Le transfert, qui est partiel et limité à quelques espèces bactériennes, entraîne l'acquisition par la bactérie réceptrice de nouveaux caractères génétiques stables et transmissibles.
- La transformation naturelle peut s'observer chez un nombre limité d'espèces bactériennes à Gram positif (Streptococcus et Bacillus) ou à Gram négatif (Neisseria,Branhamella, Acinetobacter, Haemophilus).
Etape de la transformation
Cependant :
Transferts plasmidiques ( la transformation)
Transduction
Définition :
C’est le transfert d'ADN bactérien par l'intermédiaire de
bactériophages (ou phages). Ceux-ci sont des virus de bactéries, qui existent
sous la forme virulente ou tempérée.
Le bactériophage est alors
appelé prophage et la bactérie qui
en est porteuse, une bactérie lysogène.
Dans une population de bactéries lysogènes, un prophage se libère de
temps à autre du chromosome bactérien, devient virulent, se multiplie, provoque
la lyse de la bactérie et peut infecter de nouvelles bactéries.
Si, au cours de sa libération, le prophage emporte avec lui plusieurs
gènes bactériens, il peut y avoir transfert par le bactériophage de gènes
bactériens d'une bactérie (lysogène) à une autre (lysogène). C'est la
transduction.
2. Type de
transduction
Lorsque les gènes transférés (pas plus de 1 à
2 % du génome de la bactérie lysogène) s'intègrent dans le
chromosome de la bactérie réceptrice et que celle-ci les transmet à sa
descendance, on dit que la transduction
est complète ou généralisée
A très bientôt.
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