Chapitre 8 - La génétique bactérienne Flashcards
Décrire et distinguer la sexualité chez les eucaryotes et les procaryotes, en utilisant le vocabulaire approprié.
Chez les eucaryotes, la reproduction sexuée est un processus où deux gamètes haploïdes fusionnent pour former un zygote diploïde, impliquant un brassage génétique lié à la reproduction. Chez les procaryotes (bactéries), la sexualité est un transfert unidirectionnel de matériel génétique (ADN) indépendant de la reproduction, appelé transfert horizontal. Ce transfert peut se faire par transformation (absorption d’ADN nu), transduction (via un bactériophage) ou conjugaison (par contact cellulaire direct via un pilus sexuel, souvent impliquant un plasmide comme le plasmide F). La cellule réceptrice devient alors une mérozygote, contenant son propre ADN et un fragment d’ADN exogène. La recombinaison homologue peut ensuite intégrer cet ADN étranger dans le chromosome bactérien.
Expliquer les notions d’exogénote et de mérozygote.
Exogénote (fragment d’ADN
linéaire ou plasmide)
Mérozygote : cellule
contenant, en plus de son
propre ADN, des fragments
d’ADN provenant de l’extérieur
Diapo : 19
Expliquer et distinguer et le transfert horizontal de gènes et le transfert vertical de gènes.
Transfert vertical : cellule mère se divise en cellule filles (2), cellule fille se divise (4) ainsi de suite
Transfert horizontal : Transformation : Cellule détruite, ADN nu de celle-ci est transféré à une autre cellule.
Transduction : Phage transmet ADN à une autre cellule (bactériophage)
Conjugaison : transfert d’un plasmide entre deux cellule connecté
diapo : 20
Expliquer la recombinaison homologue et ses conséquences.
La recombinaison homologue chez les bactéries se produit lorsqu’un fragment d’ADN exogène (l’exogénote) présente une forte similarité de séquence (plus de 95%) avec l’ADN de la cellule réceptrice. Ce processus, souvent impliqué dans la transformation ou la transduction, permet l’intégration de segments d’ADN étranger dans le chromosome bactérien via l’invasion d’un brin et un échange inter-brins facilité par la protéine RecA. La conséquence principale de la recombinaison homologue est l’augmentation de la diversité génétique de la cellule réceptrice par l’acquisition de nouveaux gènes ou de nouveaux allèles.
diapo : 23, 51, 52
Décrire la nature d’un plasmide et expliquer les évènements qui peuvent survenir dans une bactérie suite à l’acquisition d’un plasmide.
Un plasmide est une molécule d’ADN double brin circulaire distincte du chromosome bactérien. C’est un élément génétique mobile qui peut être transféré d’une bactérie à une autre par conjugaison, souvent via un pilus sexuel. Suite à l’acquisition d’un plasmide, une bactérie peut acquérir de nouveaux gènes qui peuvent lui conférer de nouvelles propriétés, telles que la résistance à des antibiotiques, des facteurs de virulence, ou des gènes impliqués dans le métabolisme. Certains plasmides peuvent également s’intégrer au chromosome bactérien, devenant un épisome (comme le plasmide F), ce qui peut permettre le transfert d’une partie du chromosome lors de la conjugaison.
Distinguer plasmide et épisome.
Le plasmide F est un Épisome: il est capable de s’intégrer au chromosome par recombinaison
diapo 47
Décrire et expliquer le mécanisme de la transformation, y compris l’expérience de
Griffith en 1928.
La transformation est un mécanisme de transfert horizontal de gènes chez les bactéries où une cellule compétente capture de l’ADN nu présent dans son environnement, provenant par exemple de la lyse d’autres bactéries. L’expérience de Griffith en 1928 a démontré ce phénomène en montrant que des pneumocoques non virulents vivants pouvaient devenir virulents après avoir été mélangés à des pneumocoques virulents tués par la chaleur. Le mécanisme implique la liaison de l’ADN à la surface de la cellule compétente, sa dégradation partielle par des nucléases, l’internalisation d’un brin d’ADN, et son intégration dans le chromosome bactérien par recombinaison homologue si l’ADN exogène présente une forte similarité de séquence avec l’ADN receveur, un processus souvent facilité par la protéine RecA. Ce type de recombinaison est non réciproque et est aussi appelé conversion génique. Chez Vibrio cholerae, un pilus peut être impliqué dans la capture de l’ADN.
diapo : 26
Décrire et expliquer le mécanisme de la transduction généralisée.
transfert non spécifique via un phage virulent (n’importe quelle partie du génome de la bactérie donatrice peut être intégré)
implique un cycle lytique (de la bactérie
donatrice) et une lysogénie (dans le génome de la bactérie réceptrice)
diapo 45
Décrire et expliquer le mécanisme de la conjugaison.
La conjugaison est un mécanisme de transfert horizontal de gènes chez les bactéries qui implique un contact direct entre une cellule donatrice et une cellule réceptrice via un pilus sexuel. Souvent initiée par un plasmide conjugatif comme le plasmide F, un brin d’ADN est coupé dans la cellule donatrice (F+) et transféré de manière unidirectionnelle vers la cellule réceptrice (F-). Une fois dans la cellule réceptrice, le brin d’ADN transféré est répliqué, tout comme le brin restant dans la cellule donatrice, résultant en deux cellules F+ si seul le plasmide F est transféré. Si le plasmide F est intégré dans le chromosome de la bactérie donatrice, formant une cellule Hfr, une partie ou la totalité du chromosome peut être transférée à la cellule réceptrice, où une recombinaison homologue peut se produire.
Expliquer et distinguer le mécanisme de la conjugaison observé avec une souche F+, et le mécanisme de la conjugaison avec une souche Hfr.
La conjugaison avec une souche F+ implique le transfert d’un plasmide F autonome. Une cellule donatrice F+ établit un contact direct avec une cellule réceptrice F- via un pilus sexuel. Un brin du plasmide F est coupé et transféré de la cellule F+ vers la cellule F-. Dans chaque cellule, le brin simple restant est répliqué, résultant en deux cellules F+.
En revanche, la conjugaison avec une souche Hfr (Haute fréquence de recombinaison) se produit lorsqu’un plasmide F s’est intégré dans le chromosome bactérien de la cellule donatrice. Lors de la conjugaison, une partie du chromosome bactérien, y compris potentiellement des gènes adjacents au site d’intégration du plasmide F, est transférée à la cellule réceptrice F-. Étant donné que le transfert du chromosome entier est rarement achevé, la cellule réceptrice reste généralement F-, mais peut intégrer le fragment d’ADN transféré dans son propre chromosome par recombinaison homologue, devenant ainsi une cellule recombinante. La principale différence est que la conjugaison F+ transfère principalement le plasmide F, tandis que la conjugaison Hfr transfère des gènes chromosomiques avec une haute fréquence de recombinaison dans la cellule réceptrice.
Décrire les caractéristiques générales des plasmides de résistance et le lien avec la résistance aux antibiotiques
Voici les caractéristiques générales des plasmides :
Contribution au transfert de gènes: Les plasmides contribuent au transfert de gènes d’une bactérie à l’autre.
Taille variable: Leur taille varie de 1000 paires de bases (pb) à plus de 50 000 pb, les très grands plasmides étant parfois appelés « mégaplasmides ».
Nombre de copies variable: Le nombre de copies d’un plasmide par cellule peut varier de 1 à 3 (souvent pour les mégaplasmides) jusqu’à plusieurs centaines pour certains plasmides.
Spectre d’hôte variable: Certains plasmides peuvent se répliquer dans un grand nombre de bactéries, tandis que d’autres sont limités à une seule espèce, comme le plasmide F chez E. coli.
Capacité de conjugaison: Certains plasmides sont conjugatifs, comme le plasmide F.
Les plasmides de résistance sont spécifiquement caractérisés par la présence de gènes conférant une résistance à un ou plusieurs antibiotiques. Ces plasmides jouent un rôle crucial dans le problème croissant de la résistance aux antibiotiques, car ils peuvent se propager rapidement entre les bactéries par transfert horizontal de gènes, notamment par conjugaison.
Quelques points importants concernant les plasmides de résistance et leur lien avec la résistance aux antibiotiques:
Gènes de résistance: Ils portent des gènes qui permettent à la bactérie de survivre en présence d’un ou plusieurs antibiotiques spécifiques.
Multi-résistance: Souvent, ces plasmides confèrent une résistance à plusieurs antibiotiques différents (multi-résistance). Un exemple cité dans les sources est un plasmide conférant une résistance à la pénicilline, à la tétracycline et au chloramphénicol.
Conjugaison: De nombreux plasmides de résistance sont conjugatifs, ce qui signifie qu’ils possèdent les gènes nécessaires pour initier et réaliser le transfert de leur ADN vers une autre bactérie par contact direct via les pili sexuels. Le plasmide F, mentionné comme un facteur sexuel ou conjugatif, en est un exemple.
Acquisition de résistance: L’acquisition de résistance à la vancomycine chez S. aureus est un exemple concret du rôle des plasmides conjugatifs porteurs de transposons (qui contiennent des gènes de résistance). Le gène de résistance peut être transféré par transposition vers un plasmide indigène de la bactérie, entraînant la résistance à cet antibiotique.
Décrire les caractéristiques générales des plasmides de virulence et le lien avec la pathogénicité
Les plasmides de virulence sont un type de plasmide qui contribuent au transfert de gènes entre bactéries et peuvent varier en taille. Ils sont caractérisés par la présence de gènes codant pour des agents de virulence, ce qui confère à la bactérie la capacité de causer des maladies. Par exemple, E. coli O157:H7 possède un plasmide de virulence, et le plasmide Ti d’Agrobacterium tumefaciens cause la maladie de la galle du collet chez les plantes. Ainsi, les plasmides de virulence sont directement liés à la pathogénicité bactérienne en introduisant les gènes nécessaires à l’établissement de l’infection et au développement des symptômes.
Décrire le mécanisme de transformation génétique provoqué par le plasmide Ti
d’Agrobacterium tumefaciens et son utilisation pour créer des OGM.
Le plasmide Ti d’Agrobacterium tumefaciens contient une région appelée T-ADN. Lors de l’infection, le T-ADN est transféré dans la cellule végétale et s’intègre dans ses chromosomes. Le T-ADN porte des gènes (Onc) qui induisent la synthèse de phytohormones, entraînant la multiplication cellulaire et la formation de tumeurs (galles). En génie génétique, ce système est utilisé pour créer des OGM en insérant les gènes d’intérêt dans le T-ADN, qui seront ensuite transférés et intégrés dans le génome de la plante.
Expliquer la nature et la fonction d’un transposon.
Les transposons sont des éléments génétiques mobiles qui peuvent se déplacer à l’intérieur du génome bactérien, qu’il s’agisse des chromosomes ou des plasmides. Ils sont constitués d’une séquence d’ADN contenant un ou plusieurs gènes, tels que des gènes de résistance aux antibiotiques ou de pathogénicité, et sont flanqués de séquences d’insertion. Leur fonction principale est de permettre le déplacement et l’insertion de ces gènes dans de nouvelles localisations du génome, ce qui peut entraîner l’inactivation de gènes en s’insérant dans leur séquence ou la propagation de caractéristiques comme la résistance aux antibiotiques. Un transposon peut également se dupliquer lors de son déplacement.
Expliquer l’importance de la mobilité génétique dans la plasticité et l’évolution des génomes (génomes « mosaïques »).
La mobilité génétique joue un rôle clé dans l’évolution et la plasticité des génomes bactériens, permettant l’apparition de génomes dits « mosaïques ». Ce phénomène repose sur deux mécanismes principaux : le transfert horizontal de gènes (THG) et les éléments transposables. Le THG se fait par trois méthodes : la transformation (absorption d’ADN libre), la transduction (transfert via des bactériophages) et la conjugaison (échange d’ADN entre bactéries via des plasmides). Quant aux éléments transposables, ils incluent des séquences d’insertion et des transposons, qui peuvent déplacer des gènes, notamment ceux conférant une résistance aux antibiotiques. Ces mécanismes permettent aux bactéries de s’adapter rapidement à leur environnement, facilitant l’acquisition de nouveaux traits génétiques influençant leur virulence, leur métabolisme et leur résistance aux traitements.
Expliquer le concept de métagénomique et décrire quelques applications de la
microbiologie moléculaire
La métagénomique consiste à analyser l’ensemble des génomes microbiens présents dans un environnement donné, ce qui permet de prédire le métabolisme, la fonction et l’écologie des microorganismes. Elle est essentielle, car la majorité des microbes ne peuvent pas être cultivés en laboratoire. La microbiologie moléculaire, quant à elle, exploite l’ADN et l’ARN des microorganismes pour diverses applications : étude de la diversité et de la phylogénie via le séquençage de l’ADN, découverte de nouveaux gènes et fonctions métaboliques, biologie synthétique (création d’organismes artificiels), compréhension des mécanismes de défense bactérienne comme CRISPR, développement d’outils d’édition génomique, et identification d’espèces non cultivables. Ces avancées révolutionnent la biologie et ouvrent de nombreuses perspectives en médecine, environnement et biotechnologie.
Décrire la fonction du système CRISPR, expliquer son mécanisme, et décrire l’outil
d’édition du génome CRISPR/Cas9.
