Cours 5 Flashcards

Question

Qu'est ce qu'un sigma alternatif?

Answer 1

Il existe divers facteurs sigma alternatifs dont les niveaux d’expression varient en fonction des conditions de croissance ou des stress métaboliques. Ces facteurs sigma alternatifs reconnaissent des séquences -35 différentes, permettant ainsi d’exprimer des gènes différents en fonction des conditions particulières de croissance.

Answer 2

L’opérateur est un site entre le promoteur et les gènes de structure où le répresseur peut se fixer. Lorsqu’il est présent, l’ARN polymérase ne peut pas lier l’ADN et transcrire les gènes de l’opéron.

Answer 3

Chez les opérons inductibles (Fig. 24.12), le répresseur se fixe à l’opérateur en absence de l’inducteur et réprime donc l’expression des gènes en aval. En présence de l’inducteur, le répresseur est lié par ce dernier, ce qui le séquestre et l’empêche de se fixer sur l’opérateur, activant ainsi l’expression des gènes en aval. C’est le cas de l’opéron lac permettant l’expression des gènes nécessaires à la l’utilisation du lactose en absence de glucose (source préférée de sucre). En absence de lactose, les gènes ne sont pas exprimés (ils ne sont pas nécessaires au fond !). Mais dès qu’il y a du lactose dans le milieu, la répression est levée et l’expression des gènes est activée, permettant ainsi l’utilisation du lactose comme source alternative de sucre.

Answer 4

Chez les opérons répressibles (Fig. 24.13), le répresseur ne se fixe pas sur l’opérateur en temps normal, mais seulement lorsqu’il est lié à un corépresseur. C’est le cas de l’opéron tryptophane, codant pour les enzymes nécessaires à la synthèse du tryptophane. Lorsqu’il y a suffisamment de tryptophane accumulé dans la cellule, celui-ci joue le rôle de corépresseur en liant le répresseur, qui se fixe ensuite sur l’opérateur afin de réprimer l’expression des gènes nécessaires à la synthèse de cet acide aminé. Grâce à ce mécanisme, la bactérie économise ses ressources de synthèse.

Answer 5

La régulation de la synthèse des enzymes métabolisant les sucres autres que le glucose dépend aussi d’un autre mécanisme de contrôle basé sur l’AMP cyclique (AMPc), qui est une alarmone dérivée de l’ATP. Lorsqu’il y suffisamment de glucose dans le milieu, la cellule utilisera celui-ci préférentiellement et n’utilisera pas les autres sucres. Dans ces conditions, les niveaux d’AMPc sont faibles, ce qui fait en sorte que la protéine régulatrice liant l’AMPc appelée CAP pour catabolite activator protein reste libre et incapable de lier l’ADN. Toutefois, si la quantité de glucose diminue, la molécule d’AMPc s’accumule et se lie à la protéine CAP qui peut alors se fixer au promoteur des opérons permettant l’utilisation des autres sources de sucres, comme l’opéron lactose.

Answer 6

Un autre mode de régulation ne faisant pas intervenir de protéine et qui permet de contrôler l’expression de nombreux gènes bactériens repose sur les riborégulateurs. Un riborégulateur (riboswitch en anglais) est une structure secondaire retrouvée dans la région 5’ non codante (5’-UTR) de certains ARNm bactériens. Les riborégulateurs reconnaissent de manière hautement spécifique différents métabolites cellulaires, causant habituellement une répression de l’expression du ou des gène(s) exprimé(s) en aval du riborégulateur, soit en bloquant la transcription, soit en bloquant la traduction.

Answer 7

Une mutation a lieu quand la séquence de l’ADN est changée, soit par la substitution d’une base pour une autre, i.e. une mutation ponctuelle, ou suite à l’insertion ou l’excision de quelques bases, ce qui engendre un changement de cadre de lecture.

Answer 8

§ Les mutations ponctuelles n’ont souvent aucun effet car elles ne changent pas la séquence de la protéine synthétisée. Il est aussi possible que la mutation change un acide aminé de la protéine créant ainsi une mutation dite faux-sens. Parfois, cependant, une mutation introduit un codon d’arrêt créant une mutation non-sens donnant lieu à une protéine tronquée et habituellement non fonctionnelle (Fig. 24.17).

Answer 9

L’ajout ou le retrait d’un nombre de nucléotides qui est un multiple de trois ajoute ou retranche des acides aminés : 3 nucléotides correspondent à un acide aminé, 6 à deux acides aminés, et ainsi de suite. Lorsque l’insertion ou la délétion n’est pas un multiple de trois, cela modifie le cadre de la lecture, ce qui change complètement la séquence en acides aminés en aval de la mutation, et donc modifie la protéine produite.

Answer 10

La plupart des mutations sont provoquées par un agent mutagène. Divers produits chimiques ou alimentaires peuvent réagir avec une base, comme l’acide nitreux (HNO2) qui réagit avec l’adénine et modifie son affinité pour son partenaire naturel, la thymine. Une telle adénine modifiée peut maintenant s’apparier avec la cytosine. Lors de la réplication, la paire de bases A-T normalement formée est maintenant remplacée par une paire A-C ce qui, suite à la réplication de l’ADN mènera au changement complet de cette paire de nucléotides par G-C § Les rayons ionisants, comme les rayons X et les rayons gamma peuvent provoquer une mutation soit en créant des ions ou radicaux libres qui réagissent avec les nucléotides, soit en provoquant une cassure d’un des deux, ou même des deux brins de l’ADN (rappel : l’irradiation est d’ailleurs une méthode de stérilisation pour cette raison, voir cours #4). § Les rayons ultraviolets provoquent une réaction entre deux thymines adjacentes donnant un dimère qui empêche la réplication et la transcription. Un système de réparation doit alors intervenir pour enlever le dimère et réparer le dommage.

Answer 11

Il s’agit de l’acquisition par une bactérie vivante d’un fragment d’ADN nu provenant d’une autre bactérie, par exemple une bactérie qui aurait libéré son matériel génétique après sa mort et la lyse cellulaire. Cet ADN libre est souvent linéaire et pourra éventuellement être incorporé dans le chromosome de la cellule réceptrice. Ce processus se produit naturellement chez un petit nombre de genres bactériens. On parle alors de « compétence naturelle ».

Answer 12

L’incorporation d’ADN dans un chromosome est appelée recombinaison génétique. Lorsque les gènes d’un organisme remplacent les gènes similaires d’un autre, on parle de recombinaison homologue (puisque les séquences sont homologues, i.e. apparentées) et lorsque la séquence d’ADN insérée est suffisamment différente de celle du récipiendaire, on parle alors de recombinaison non homologue (Fig. 3.23, tirée de Molecular Genetics of Bacteria, 3rd

Answer 13

§ La conjugaison requiert le contact physique entre deux bactéries vivantes : une qui est donneuse et l’autre réceptrice. Il s’agit d’un transfert unidirectionnel d’ADN (Fig. 24.27). § Un type de donneur (appelée F+) donne aux cellules F-. Il confère la possibilité de fabriquer un pilus F. Le pilus relie une bactérie F+ à une bactérie de la même espèce qui est F- et permet le transfert d’ADN par le pilus. § Le facteur F est situé sur un plasmide et la conjugaison permet de transférer ce plasmide. Si le plasmide est intégré dans le chromosome, la conjugaison permet de transférer de l’ADN chromosomique en plus du facteur F. Une bactérie qui contient le facteur F sur son chromosome est appelée Hfr pour high frequency of recombination.

Answer 14

§ Dans la transduction (Fig. 24.28), l’ADN bactérien est transporté d’une bactérie à une autre par un bactériophage (ou simplement phage) qui s’incorpore dans le génome de la bactérie MCB103 Édition 2022 87 infectée sans le détruire. Lorsque le phage s’excise pour se répliquer, il lui arrive parfois d’emporter avec lui des petits bouts d’ADN de la cellule hôte, qui seront encapsidés avec l’ADN du phage. On parle alors de transduction spécialisée. Dans certains cas, seul de l’ADN bactérien est incorporé dans une capside de phage sans ADN de phage ; on parle alors de transduction généralisée.

Answer 15

Un plasmide (Fig. 24.29) est une molécule d’ADN bicatenaire (i.e. double brin), circulaire comme le chromosome bactérien, et qui existe dans une bactérie en dehors du chromosome. Cet ADN se réplique tout seul de façon indépendante à la réplication du chromosome bactérien. Certains plasmides sont présents à 1 ou quelques copies par cellule seulement, alors que d’autres peuvent se maintenir à plus de 1 000 copies par cellule. § Parmi les gènes portés par les plasmides, on retrouve les facteurs de résistance aux antibiotiques, des gènes métaboliques permettant d’utiliser certains sucres, ou encore des facteurs de virulence chez certaines bactéries pathogènes. Les plasmides jouent un rôle primordial en biotechnologie moléculaire et sont très utilisés avec les techniques de l’ADN recombinant.

Answer 16

Les transposons sont des petits morceaux d’ADN qui peuvent se déplacer d’un endroit à un autre au sein d’un même chromosome, ou encore d’un chromosome à un autre lorsqu’ils sont transférés d’une cellule à une autre. Ils peuvent transporter des gènes de toutes sortes, en particulier des gènes de résistance aux antibiotiques qui sont souvent associés à ce type d’élément génétique mobile.

Answer 17

Le premier outil de la biotechnologie fut la mutation à l’aide de produits mutagènes et la sélection sur milieu artificiel de mutants ayant les propriétés recherchées. De cette façon on pouvait isoler de nouvelles bactéries avec des propriétés différentes (comme la résistance à certains antibiotiques, ou l’incapacité à utiliser certains acides aminés). § Aujourd’hui, on peut synthétiser in vitro des gènes entiers avec les mutations voulues et les insérer dans les bactéries par transformation ou conjugaison par exemple.

Answer 18

§ Les enzymes de restriction sont de précieux outils de biologie moléculaire. Une enzyme de restriction coupe l’ADN à une séquence spécifique à chaque enzyme. Donc, différentes enzymes coupent à des séquences différentes sur l’ADN (Fig. 25.2). § Ces coupures d’ADN à des endroits spécifiques permettent ainsi d’assembler des fragments d’ADN provenant de diverses sources afin de créer de toutes nouvelles molécules d’ADN chimériques. § Plusieurs enzymes, en coupant l’ADN, laissent une courte séquence d’ADN simple brin aux extrémités des fragments, comme une extrémité 5’ protubérante dans l’exemple ci-dessous (« 5’ overhang » en anglais). Un autre ADN, coupé par la même enzyme, aura la même MCB103 Édition 2022 91 séquence aux extrémités. Grâce à ces extrémités complémentaires cohésives, on peut relier ensemble les fragments d’ADN de différentes origines et les fusionner grâce à une enzyme, l’ADN ligase.

Answer 19

Les fragments d’ADN peuvent être insérés dans un plasmide (semblable à celui présenté à la figure 24.29) ou un virus (ex : un phage) qui servira ainsi de vecteur pour la production à grande échelle d’une protéine ou du produit d’une réaction enzymatique effectuée par une enzyme clonée.

Answer 20

Le processus typique de génie génétique § Une étape essentielle au processus typique de génie génétique est le clonage. Il s’agit en fait d’isoler une séquence spécifique d’ADN et de la répliquer chez une cellule hôte, habituellement une bactérie comme Escherichia coli. La séquence d’ADN peut provenir d’une librairie d’ADN ou de gènes, ou être synthétisée in vitro.

Answer 21

Lorsque l’on veut construire une librairie d’ADN eucaryote, on fait face à une difficulté supplémentaire : les gènes contiennent généralement une ou plusieurs séquences introniques non-codantes. Il faut donc les éliminer. Pour ce faire, on isole l’ARNm mature, que l’on converti en ADN grâce au processus de transcription inverse. L’ADN complémentaire (ADNc) ainsi formé peut ensuite être cloné dans un vecteur pour constituer une librairie d’ADNc représentant tous les gènes exprimés dans la cellule de départ.

Answer 22

En insérant notre gène d’intérêt en aval d’un promoteur transcriptionnel très fort, il est possible d’exprimer le produit de ce gène à de très hauts niveaux dans une bactérie. Les produits plus complexes doivent être parfois exprimés dans une levure ou même une cellule animale pour obtenir la structure tertiaire typique de la protéine chez l’homme. Le tableau 25.2 présente (à titre informatif seulement) un certain nombre de produits pharmaceutiques issus du génie génétique.

Answer 23

§ Une étape importante de tout processus de clonage est la vérification que la séquence clonée est correcte et ne contient pas d’erreurs qui auraient pu être introduites pendant le processus. § Il existe plusieurs méthodes permettant de séquencer de l’ADN et ce n’est pas l’objectif ici de les décrire ou de les apprendre. Vous verrez probablement ces techniques dans votre cours de génie génétique en 3e session.

Answer 24

§ Habituellement on introduit un gène de résistance à un antibiotique avec notre gène d’intérêt à l’aide de plasmides. Il est alors facile de sélectionner les bactéries qui ont acquis le nouveau plasmide parce qu’elles deviennent résistantes à l’antibiotique lorsqu’on les fait pousser sur des géloses sélectives avec l’antibiotique approprié (Fig. 25.11). § Plusieurs systèmes de clonage utilisent aussi un marqueur supplémentaire, le gène de la b- galactosidase (lacZ). En présence d’un substrat approprié, l’enzyme produite à partir du plasmide catalyse la conversion du substrat en un produit coloré qui donne une couleur bleue aux colonies ayant le plasmide et le gène intact. Si on clone à l’intérieur du gène lacZ, on empêche la production de la b-galactosidase. Les colonies ont alors une coloration blanche, ce qui permet de distinguer les clones ayant le gène d’intérêt des clones ayant incorporé le plasmide vide par exemple.

Answer 25

Une méthode couramment utilisée pour isoler un gène de taille relativement petite (i.e. quelques centaines de paires de bases à quelques kilobases), est la réaction de polymérisation en chaine ou PCR (Fig. 25.4). Cette technique très puissante est d’ailleurs couramment utilisée en laboratoire clinique pour détecter et identifier des agents pathogènes (virus, bactéries).