6. La génétique bactérienne Flashcards
Quels sont les 3 mécanismes bactériens d’échange d’ADN, soit les 3 types de transfert génétique horizontal (TGH)?
Transformation, conjugaison, transduction.
Sur quoi les mécanismes bactériens d’échange d’ADN ont-ils un impact?
Sur les génomes et sur la résistance aux antibiotiques.
Comment se définit l’étude de l’hérédité? Est-ce un phénomène où les caractéristiques varient?
Se définit par la transmission de l’information génétique de génération en génération. Oui, certaines causes provoquent des variations des caractéristiques.
Nomme et explique les avantages des bactéries qui ont permis la contribution de la génétique bactérienne. (4)
- Population augment en peu de temps (g +/- 20 minutes).
- Ce sont des haploïdes : 1 chromosome, expression rapide des modifications.
- Techniques permettant la détection d’événements génétiques rares.
- Types métaboliques nombreux (relation gènes/enzymes de voies métaboliques, unité de la biochimie).
Explique la transmission de l’information génétique et explique les caractéristiques de cette dernière.
- La transmission de l’information génétique est la réplication du matériel génétique qui résulte en la production d’une copie grâce à des mécanismes de réparation et d’édition.
- Elle est rapide et précise.
Pourquoi est-ce que la transmission de l’information génétique doit être précise?
Puisque la précision de ce processus permet la stabilité des caractères des espèces.
Pourquoi y a-t-il des variations dans les caractères génétiques des espèces?
Puisque les espèces s’adaptent à l’environnement. Ils expriment les gènes de façon optimale en modifiant l’expression du matériel génétique.
VRAI OU FAUX? Les modifications du phénotype sont irréversibles.
FAUX, c’est réversible puisque le matériel génétique n’est pas altéré. Retour au phénotype original, adaptation = phénomène fréquent.
Pourquoi les cellules bactériennes expriment-elles seulement l’information génétique optimale aux conditions environnementales (gènes essentiels/utiles)? Donne un exemple.
- Puisque c’est une dépense d’énergie inutile d’exprimer toute l’information génétique simultanément. Pas utile d’exprimer un gène si on n’en a pas besoin.
- Ex : Respiration vs fermentation en présence d’O2 (anaérobies facultatives)
Comment appelle-t-on les modifications du génotype? Est-ce fréquent? Qu’est-ce que le gène?
- Mutations (de l’ADN) : modification de la séquence nucléotidique → modification de l’information génétique.
- Évènement rare
- Gène : unité d’information
De quoi sont composées les séquences d’ADN? Sont-elles générales?
- Composées de nucléotides ATGC → de protéines ou d’ARNr stables.
- Ce sont des séquences très précises.
Quel est le produit final de l’introduction d’une mutation dans une séquence ATGC?
Un ARN stable (ribosome de transfert) ou une protéine.
Quel est l’effet de l’introduction d’une mutation dans le code génétique?
Conséquences importantes sur le produit final (ARN ou protéine). Dégénérescence du code génétique.
De quoi est composé le code génétique (nombre de codons et d’acides aminés)?
64 codons et 20 acides aminés.
Quelles sont les 3 types de mutations ponctuelles? Explique-les.
- Transitions (remplacement d’une purine par une purine AG ou d’une pyrimidine par une pyrimidine CT).
- Transversions (purine en pyrimidine ou vice-versa, changement de famille de nucléotide).
- Insertions/délétions (changement de cadre de lecture : lecture différente du message → protéine non fonctionnelle comme produit final).
Quelles sont les caractéristiques des modifications du génotype IN VIVO?
Ce sont des événements spontanés et rares. Fréquence d’environ 10 exposant -8 /gène/génération.
Quelles sont les caractéristiques des modifications du génotype IN VITRO?
Augmentation des fréquences avec des agents mutagènes (agents chimiques ou physiques comme des UV agissant sur l’ADN). Mutants sont des avantages en laboratoire.
VRAI OU FAUX? Les mutations sont des adaptations de l’environnement.
FAUX, car les adaptations à l’environnement ne modifient pas le matériel génétique.
Qu’ont montré Esther et Joshua Lederberg en 1952, découverte qui leur a valu un prix Nobel en 1958?
La technique des répliques (isolement de mutants en absence de l’antibiotique → essor de la génétique bactérienne). Ils ont montré que les organismes bactériens ont un matériel génétique stable qui permet de mettre en évidence les mutations. Organismes bactériens ne font pas que d’adapter aux conditions environnementales.
Quelles sont les applications de l’étude des mutants? (4)
1- Comprendre leurs mécanismes d’action (soit la tolérance à une substance inhibitrice).
2- Étude de la modification des capacités de fermentation (augmente ou diminue).
3- Comprendre les déficiences nutritionnelles (voies de biosynthèse).
4- Comprendre la biosynthèse des structures (capsules, pili..)
Comment se reproduise les bactéries? Qu’en résulte-t-il?
Scissiparité/transmission verticale (asexuée), on obtient deux copies identiques à la mère.
Quelle est l’avantage des mécanismes d’échange du matériel génétique? Qu’est-ce qui est requis pour que le matériel génétique soit échangé?
- L’accélération de l’évolution.
- Le matériel génétique doit être intégré au chromosome afin de se répliquer et d’être transmis aux cellules filles.
Qu’est-ce que la recombinaison du matériel génétique?
L’intégration de l’ADN exogène dans le génome et le réarrangement du chromosome suite à un échange de matériel génétique entre 2 organismes. De cette façon, l’ADN exogène est transmis aux cellules filles.
Où se produit la recombinaison chez les diploïdes? Quelles sont les conditions pour que cela se produise?
- Se produit entre deux chromosomes.
- Les chromosomes doivent être des gènes homologues, c’est-à-dire avoir des séquences similaires et être de la même espèce (ou apparenté).
Pourquoi est-ce que la recombinaison est essentielle pour la transmission de génération en génération?
Car la scissiparité permet la production de copie et permet aux deux cellules filles d’hérité du matériel génétique. S’il n’y a pas de recombinaison, l’une des deux cellules filles n’a pas de matériel génétique → conséquence exponentielle sur une population de bactéries.
Qu’arrive-t-il à l’ADN exogène s’il y a absence de recombinaison? Quelle est l’exception?
- Dégradation de l’ADN exogène.
- ADN exogène survie s’il est autoréplicatif.
Qui a découvert la transformation bactérienne? En quelle année? Avec l’aide de quelle bactérie?
- Griffith en 1928
- Avec la bactérie “streptococcus pneumoniae”
Comment Griffith a-t-il découvert la transformation bactérienne? Est-ce transmissible?
- Études colonies rugueuses ou lisses, présence d’une capsule, pathogénicité?
- Il s’est aperçu que les colonies rugueuses étaient non capsulées et non pathogènes et que les colonies lisses étaient capsulées et pathogènes.
- Dans une culture pure, les colonies lisses sont devenues des colonies rugueuse (mutation afin d’avoir une baisse de la pathogénicité). Transmissible aux cellules filles.
Qu’est-ce que le principe transformant? Comment l’as t-on découvert? Quel est la chose la plus importante de ce principe?
- Principe que les bactéries ont des mécanismes de transformation.
- Études sur les cellules acapsulées : transformation en cellules capsulées-virulentes.
- Il y a une molécule porteuse de l’information génétique : c’est ce qui permet à une bactérie de retrouver sa capacité à être pathogène.
Qui a découvert le principe transformant? En quelle année? Comment?
- Avery, Macleod et McCarthy, 1944.
- Prouvent que l’ADN est responsable de porter l’information génétique. Traitement des cellules acapsulées bouillies, traitement avec des protéases et de la RNase = +++, DNase dépourvue de protéase = transformation -.
Quel est le rôle des cellules compétentes (état transitoire)?
Capture et transport de l’ADN.
L’ADN libre est sensible à… ?
La DNase car il est peu stable.
Qu’implique l’intégrité de l’ADN nu dans le milieu?
Un temps de demi-vie très court et des cellules donatrice/réceptrices à proximité sinon dégradation de l’ADN nu par les molécules de l’environnement.
VRAI OU FAUX : la transformation bactérienne est fonctionnelle en nature.
VRAI, permet l’échange du matériel génétique.
Qui a découvert la conjugaison? En quelle année? De quoi se sont-ils inspirés?
- Lederberg et Tatum, en 1946.
- Inspiré des croisements chez “Neuraspora” (mycète eucaryote).
Quelle expérience a permis la découverte de la conjugaison? Quel a été la critique de cette expérience?
- Le croisement de deux souches D’E. coli (procaryote) autotrophes, pour deux demandes nutritionnelles différentes. Croisement d’une souche His - et d’une souche Leu - → étalements sur milieu minimum (sans His ni Leu) → colonies.
- Critique : colonies = échange de matériel génétique ou présence de révertants?
Qu’est-ce qu’une bactérie auxotrophe? Pourquoi cela se produit?
C’est une bactérie qui a une seule demande nutritionnelle supplémentaire par comparaison à la souche mère. Cela se produit, car certains mutants ont perdu la capacité de biosynthèse.
Qu’est-ce qu’un révertant?
Mutation secondaire rétablissant le phénotype original, mutation qui redonne la capacité à synthétiser certains acides aminés.
Comment Lederberg et Tatum ont-ils répondu à la critique de leur première expérience? Que voulaient-ils prouver?
- Voulaient prouver qu’il y a bien un échange de matériel génétique.
- Deuxième expérience : conjugaison de polyauxtotrophes. 2 souches contenant Bio-Phe-Cys-Thr+Leu+Thi+ complémentaires → étalement sur un milieu minimum → probabilité de révertants = minime voir nulle.
Quel était le questionnement suite à la conjugaison de polyauxtotrophes? Comment les chercheurs y ont-ils répondu?
- Questionnement : transformation en raison du mélange des deux souches?
- Pour y répondre : DNase dans le milieu puisque l’ADN nu y est sensible → on obtient quand même des colonies donc belles et bien échange de matériel génétique.
Qui est responsable de l’expérience du tube en U? En quelle année?
Davis, 1950.
Explique l’expérience du tube en U et ce qu’elle a prouvé.
- Même expérience que Lederberg et Tatum, mais dans un tube en U.
- Base du tube : membrane en verre fritté, permet au milieu de passer au travers de chaque côté → une souche de chaque côté du tube → pressions : pulsions et succions pour permettre au milieu de se mélanger (passer au travers de la membrane) → dans aucun cas, il a observé un échange de matériel génétique.
- Prouve que le contact physique cellules-cellules est essentiel (proximité entre les cellules).
Quelles cellules portent le facteur F, soit le facteur de fertilité (plasmide)?
Les cellules donatrices.
Qu’est-ce qu’un plasmide? Que sont les caractéristiques des plasmides?
- Molécule d’ADN circulaire extrachromosomique et autoréplicative, pas associé aux chromosomes.
- Plasmides = non essentiels à la survie de la cellule (accessoire) mais apportant des caractéristiques potentiellement avantageuses (utiles, mais dans certaines conditions).
Quel est la définition d’une molécule autoréplicatif?
Molécule qui porte les signaux sur la surface nucléotidique, pas besoin d’être intégré au chromosome pour être transmis de génération en génération.
Qu’est-ce que le facteur F? Que fait-il?
- Plasmide conjugatif autoréplicatif qui induit la conjugaison et qui est porteur du gène qui sont capables de faire synthétiser le pilus de conjugaison. (machinerie de conjugaison)
Que confèrent les bactériocines aux cellules porteuses de ce gène (plasmides), à part d’inhiber les bactéries apparentées?
Un avantage, ++ immunité, résistance aux antibiotiques, résistance aux bactériophages, avantage écologique (arme) → cellules avec ce gène vont tuer les autres cellules qui veulent les mêmes nutriments.
Nomme deux autres gènes portés par les plasmides.
1- Facteur de virulence (toxines).
2- Métabolisme de sources de carbone.
Comment nomme-t-on les cellules porteuses du facteur F? Celles ne le portant pas? Que se passe-t-il lorsqu’il y a conjugaison entre les deux?
- F+
- F-
- Conjugaison :
F+xF- = F+ + F+
→F+ demeure F+ mais F- devient F+.
Comment se produit la conjugaison ?
- ADN monocatétaire linéaire.
- Seulement un seul des deux brins d’ADN est transféré, réplication de l’ADN sortant de la cellule donatrice, réplication de l’ADN entrant dans la cellule réceptrice.
- Enzyme entraîne la coupure d’un seul des deux brins (mécanisme en cercle roulant).
VRAI OU FAUX : le facteur F est transféré dans 100% des conjugaisons. Explique.
VRAI, car très efficace et spécifique.
VRAI OU FAUX : le transfert de gènes chromosomiques est un phénomène fréquent.
Faux, très rare (1 conjugaison sur 10 000 ou 100 000).
Comment détecte-t-on le transfert de gènes chromosomiques entre une cellule donatrice et une cellule réceptrice? Comment le chromosome est-il inclus dans la cellule?
- Par la complémentation de mutants.
- Inclut par recombinaison, contrairement au facteur F.
Qu’est-ce qu’un Hfr?
Souche ou le transfert de gènes chromosomiques est plus fréquent ( 1 conjugaison sur 10 ou sur 100).
Quelle est la différence entre une souche Hfr et une souche F qui permet la plus grande fréquence de recombinaison?
Dans les souches HFR, le facteur F est intégré au chromosome de la cellule bactérienne.
VRAI OU FAUX : les états F et HFR sont des états irréversibles.
Faux, réversibles : ils peuvent passer de un à l’autre.
Que ce produit-il lors de la conjugaison Hfr x F-? Quelles sont les caractéristiques de cette conjugaison?
On obtient Hfr + F-, Hfr demeure Hfr et F- demeure F- (mais reçoit des gènes Xsomiques). Unidirectionnel, vitesse de transfert constante.
Explique pourquoi, lors de la conjugaison Hfr x F-, le chromosome par le facteur F est rarement transféré au complet. Que ce passe-t-il ensuite?
- Puisque la conjugaison est limitée par le temps. Les forces de cisaillements et les microcourants brisent le pont intercytoplasmique. Jamais la conjugaison va être assez longue pour que tout le F chromosomique soit transféré.
- Suivi d’une recombinaison.
Qu’ont-fait Wollman et Jacob? Qu’a permis leur expérience?
- Des conjugaisons interrompues en utilisant des différentes souches Hfr caractérisées par des facteurs F intégrés à différents endroits dans le chromosome (complémentation de différents mutants).
- Expérience qui a permis d’établir la carte physique d’E. coli en fonction du temps de conjugaison (chromosome E. coli = 100 minutes de conjugaison).
La taille du facteur F est ___ % du chromosome bactérien.
2%.
Lors de la conjugaison Hfr/F, est-ce que le temps de transfert augmente ou diminue? F est transféré à combien de %?
Diminue, 100 %.
Que sont les souches F’?
Des souches ou des gènes chromosomiques sont transférés, mais toujours les mêmes (dans 100% des cas).
Est-ce que la conjugaison chez les Gram + existe? Quelles sont les caractéristiques?
- Oui, elle a été démontrée chez les procaryotes et les archées.
- Mécanisme ubiquitaire, pas nécessairement fréquent.
VRAI OU FAUX : le contact cellules-cellules n’est pas nécessaire dans tous les types de conjugaison.
Faux, propriété retrouvée dans tous les cas de conjugaison.
Que produisent les cellules réceptrices lors de la conjugaison des Gram +?
Des phéromones (peptides courts). Ils sont libérés dans l’environnement en raison de l’attraction de la cellule donatrice par la réceptrice.
VRAI ou FAUX : il y a aussi un pilus sexuel qui est impliqué dans le mécanisme de conjugaison des GRAM +.
Faux, pas de pilus sexuel qui impliqué dans la conjugaison des Gram +. À la place, agrégation des cellules.
Comment les cellules donatrices des Gram + reconnaissent-elles les cellules réceptrices?
Produisent des molécules à leur surface qui vont aider à permettre la rétention des cellules, facteurs qui permettent l’agrégation pour qu’il y ait un échange de matériel génétique.
Chez les Gram +, le transfert du plasmide est _____? Explique.
Conservatif. La cellule donatrice ne donne pas son plasmide : demeure plasmide +.
Le plasmide de la cellule réceptrice, lors du transfert du plasmide, le plasmide devient ____?
Plasmide +. Car le mécanisme de réplication en cercle roulant qui permet l’échange d’un seul des deux brins de la molécule d’ADN chez les plasmides fonctionne comme les Gram-.
Donc, chez les Gram+ et les Gram-, les mécanismes de transfert du plasmide sont ____ mais les mécanismes de reconnaissance de la cellule réceptrice sont _____?
Identiques, différents
VRAI OU FAUX : dans la conjugaison des Gram+, l’efficacité du transfert est plus élevé intraespèce.
VRAI
Les mécanismes de reconnaissance entre les cellules donatrices et les cellules réceptrices sont ______?
Spécifiques.
Lors de la conjugaison (vs la transformation), est-ce que l’ADN est protégée?
Oui, elle est résistante à la DNase car l’ADN n’est jamais en contact avec le milieu, ce qui augmente l’efficacité de transfert (priorité de l’ADN conjugatif).
Qu’est ce qu’un virus extracellulaire?
Un agrégat de molécules organiques/inorganiques ne possédant aucun métabolisme.
Comment les bactériophages se répliquent-ils?
1- Infection phagique : impose à la cellule la production de phages qui prennent le contrôle de la cellule.
2. Lyse de la cellule, cellule perd sa viabilité et libère une grande quantité de bactériophages.
Qui a découvert la transduction, en quelle année?
Zinder et Lederberg en 1952.
Comment la transduction a-t-elle été découverte?
Expérience du tube en U entre deux cellules bactériennes : observation d’un transfert de matériel génétique qui ne nécessite pas de contact cellules-cellules (donc pas conjugaison car pas de contact, et pas de transformation car pas d’influence de la DNase). Solution : bactériophages car ils peuvent traverser la membrane fritté.
Décrit les caractéristiques de la transduction généralisée.
- N’importe quelle portion du chromosome peut être échangé entre une cellule donatrice et une cellule réceptrice en faisant intervenir un bactériophage.
- Phage virulent ou tempéré.
- Phage virulent : DNase amène la coupure de l’ADN chromosomique bactérien de la cellule qui vient d’être infectée. Monopole par le bactériophage.
Lorsque le bactériophage a le monopole dans la transduction généralisée, quel est son seul but?
Oriente toutes les activités métaboliques pour la réplication des bactériophages.
Que se passe-t-il lors d’une erreur d’encapsidation?
Pas de cycle lytique possible. Pas d’acide nucléique phagique dans les nouveaux bactériophages : ils intègrent seulement un bout du chromosome bactérien de la cellule donatrice. Phages défectueux.
Est-ce que les erreurs d’encapsidation sont fréquentes?
Non, rares.
Que ce passe-t-il avec les phages défectueux?
Peuvent reconnaître une cellule, mais ce qui est injecté n’est pas de l’acide nucléique phagique, ne peut pas entrer en cycle lytique
Comment détecte-t-on les erreurs d’encapsidation?
Par des expériences de complémentation de mutants (comme les autres techniques avec les Gram-. Retour au phénotype parental.
Par quoi se caractérise la transduction spécialisée?
- Transfert d’une portion restreinte du chromosome, injection limitée à quelques gènes.
- Phage tempéré seulement.
- Prophage : insertion dans le chromosome à des endroits bien précis.
Que se passe-t-il lorsque le prophage est soumis à un stress? Que-font les phages obtenus?
- Erreur d’excision : transfert des gènes adjacents.
- Les phages obtenus sont défectueux, car une partie du génome du phage reste dans le chromosome de la cellule donatrice. Le phage injecte une bonne partie de son génome et des gènes chromosomiques adjacents aux autres cellules réceptrices.
Pourquoi les phages défectueux ne sont-ils pas capable de faire le cycle lytique en transduction spécialisée?
Parce qu’ils ont un génome phagique incomplet (ils leur manquent certains gènes).
En transduction spécialisée, comment les phages défectueux sont-ils intégrer dans le chromosome de la cellule réceptrice? Comment détecte-t-on ces phages?
- Par recombinaison.
- Par complémentation de mutants (retour au phénotype parental, retrouve sa capacité à synthétiser son histidine).
En résumé, quelles sont les caractéristiques de la transduction qui la distingue des deux autres mécanismes?
- ADN protégé par la capside (et donc résistance à la DNase).
- Transfert possible à distance et dans le temps, distance peut être grande (preuve avec l’expérience du tube en U et des bactériophages).
- Transfert inter-espèce en raison de la spécificité des bactériophages.
- Échange d’ADN vs mutations → Évolution accélérée car mise en commun de mutations (ex : résistance aux antibiotiques)
- Échanges horizontaux.
En résumé, quelles sont les caractéristiques de la transformation qui la distingue des deux autres mécanismes?
- ADN nu.
- Compétence des cellules réceptrices
- Distance entre la cellule donatrice et la cellule réceptrice doit être limitée, car sinon l’ADN peut être dégradé par le milieu et cela empêche le transfert de matériel génétique.
En résumé, quelles sont les caractéristiques de la conjugaison qui la distingue des deux autres mécanismes?
- La proximité de la cellule donatrice et de la cellule réceptrice lors du transfert d’ADN.
- ADN protégé, car transféré dans le pont intercytoplasmique.
- Propagation des plasmides.
Comment nomme-t-on une mutation où le phénotype sauvage est restauré par une seconde mutation sur un autre site que la mutation initiale?
Mutation suppressive
Quels types de mutations sont très néfastes et donnent des phénotypes mutants dus à la synthèse de protéines non fonctionnelles?
Mutations par déphasage du cadre de lecture.
Comment peut-on détecter des mutants?
Par criblage : système de sélection basé sur un facteur environnemental (+++ efficace) afin d’inhiber la croissance des m-o de type sauvage.
