Cours 6 : Génétique bactérienne Flashcards
Le transfert vertical est un échange d’information génétique entre:
Un « parent » et sa descendance
Le transfert horizontal est un échange d’information génétique entre:
Deux organismes distincts
Les trois (3) types d’échange d’information génétique:
Transformation
Conjugaison
Transduction
Expérience de Frederick Griffith (1928):
Étudie le transfert de la virulence de la bactérie pathogène Streptococcus pneumoniae
Les trois (3) principes de l’expérience de Griffith:
- Types morphologiques de pneumocoques (S et R)
- Transformation des pneumocoques de forme R en pneumocoques de forme S
- Agent transformant: l’ADN
Les deux (2) types morphologiques de pneumocoques:
- Pneumocoques sauvages encapsulés et virulents (forme S)
- Pneumocoques mutants non capsulés et non virulents (forme R)
Décrire les pneumocoques sauvages encapsulés et virulents (forme S):
Les pneumocoques entourés d’une capsule de polysaccharides (encapsulés) sont virulents (septicémie mortelle) et ils forment sur un milieu solide des colonies dont le contour est lisse
Décrire les pneumocoques mutants non capsulés et non virulents (forme R):
Les pneumocoques mutants sans capsule ne sont pas virulents et ils forment sur un milieu solide des colonies dont le contour est dentelé
Comment se déroule la transformation des pneumocoques de forme R en pneumocoques de forme S?
Des souris inoculées avec un mélange de pneumocoques S virulents tués par la chaleur (non pathogènes) et de pneumocoques R non virulents vivants (non pathogènes) meurent.
De plus, des pneumocoques S virulents vivants sont isolés à nouveau de ces souris mortes
Conclusion des transformations des pneumocoques de Griffith:
Il semble que les débris (agent transformant) des pneumocoques S chauffés (non vivants) transforment des pneumocoques R vivants en forme S (transformation)
Décrire les découvertes de Oswald Avery, C.M. Macleod et McCarthy (1944):
L’ADN présent dans les débris des pneumocoques S tués par la chaleur est la seule classe de molécules qui transforme des colonies rugueuses (pneumocoques R vivants) en colonies lisses (pneumocoques S vivants). Les protéines et les lipides n’ont aucun pouvoir de transformation.
La démonstration que l’ADN est l’agent transformant constituait pour la première fois une preuve que la substance responsable de l’hérédité (gènes) était l’ADN. On croyait jusque là que c’était les protéines car elles sont plus complexes que l’ADN.
Quelle classe de molécules transforme des colonies rugueuses (pneumocoques R vivants) en colonies lisses (pneumocoques S vivants)?
ADN
Définition de la transformation bactérienne:
Processus dans lequel une bactérie receveuse absorbe de l’ADN nu libéré dans le milieu par la lyse, accidentelle ou provoquée, de bactéries donneuses
Que produit la recombinaison des fragments d’ADN de bactéries donneuses absorbés aux chromosomes des bactéries réceptrices?
Des transformants (recombinants bactériens)
Décrire la compétence bactérienne:
Aptitude de certaines bactéries à absorber des fragments d’ADN libre et de les incorporer dans son génome.
Quels sont les facteurs de compétence bactérienne?
Récepteurs, nucléases et protéines liant l’ADN simple brin
Quelles paramètres peuvent influencer la compétence bactérienne?
- Espèce bactérienne
- Phase de croissance
- Milieux de culture
- Changement rapide de température
Quelles sont les étapes de la transformation bactérienne.
- Adsorption de l’ADN (récepteur)
- Entrée de l’ADN (simple brin)
- Recombinaison homologue
- Bactérie transformée (transformant ou recombinant)
Décrire le génie génétique:
- Induction de la compétence chez E. coli (bactérie naturellement non transformable) par traitement au chlorure de calcium [CaCl 2] et d’un choc thermique
- Entrée forcée par la déstabilisation de la paroi par un choc électrique (électroporation)
Comment cloner de l’ADN (exemple de génie génétique)?
De l’ADN de n’importe quelle origine peut être introduit dans des bactéries en l’insérant dans un plasmide avant transformation
Quelle est la découverte de J. Lederberg et E. Tatum (1946)?
Ils utilisèrent deux souches auxotrophes, présentant plusieurs exigences nutritionnelles différentes (poly-auxotrophes)
Quel est le principe de l’expérience de Lederberg et Tatum?
Ils étalèrent soit environ 108 bactéries de la souche A ou de la souche B (groupes témoins), soit un mélange de bactéries des deux souches (groupe expérimental) :
Le mélange est préalablement incubé pendant 4 à 5 heures dans un milieu riche) sur des boîtes contenant du milieu minimal (eau, sels minéraux, glucose et agar)
Quels sont les résultats de l’expérience de Lederberg et Tatum?
- Groupes témoins: Aucune colonie n’apparaît sur les milieux ensemencés avec desbactéries de la souche A ou de la souche B (milieu minimal)
- Groupe expérimental: Environ 10 colonies deviennent visibles (croissance) sur le milieu ensemencé avec le mélange de bactéries de la souche A et de la souche B
Ces colonies sont nécessairement prototrophes puisqu’elles sont capables de croître sur un milieu minimal sans supplément nutritionnel.
Quelles sont les conclusions de l’expérience de Lederberg et Tatum?
Les nouvelles colonies de type prototrophe (Bio+ Phe+ Cys+ Thr+ Leu+ Thi+) obtenues sur le milieu minimal sans supplément nutritionnel (groupe expérimental) sont des bactéries recombinantes résultant probablement d’un échange de matériel génétique entre les deux souches bactériennes.
Quelles sont les caractéristiques essentielles de la conjugaison bactérienne?
- Nécessite un contact physique entre les bactéries (B. Davis 1950)
- Présence d’un facteur de fertilité (F) dans les bactéries donneuses (W. Hayes 1952)
- Transfert linéaire de l’ADN (plasmide ou chromosome) de la bactérie donneuse dans la bactérie receveuse F- (E. Wollman et F. Jacob 1957)
Quelle est l’expérience de B. Davis (1950) et sa conclusion?
Expérience du tube en U
Un contact physique entre les deux souches est essentiel pour produire des bactéries prototrophes (recombinants)
Que démontre l’expérience de W. Hayes (1952)?
Il démontra que le transfert de gènes observé par Lederberg et Tatum s’effectuait dans un sens déterminé.
Il émit donc l’hypothèse de la présence d’un facteur de fertilité (F) dans les bactéries donatrices.
Est-ce que les bactéries receveuses contiennent un facteur de fertilité?
Non, elles sont F-
Décrire un croissement bactérien entre une bactérie receveuse (F-) et une bactérie donneuse (F+):
Lors d’un croissement F+ x F-, les descendants ne sont que rarement modifiés dans leur auxotrophie, mais les souches F- deviennent fréquemment F
Où se retrouve le facteur de fertilité lors des croissements avec les bactéries donneuses (F+)?
Le Facteur de fertilité F est sur un plasmide (une molécule circulaire d’ADN bactérien)
Décrire un croissement bactérien entre une bactérie receveuse (F-) et une bactérie donneuse (Hfr):
Les bactéries donneuses transferts des gènes chromosomiques avec une grande efficacité, mais ne transforment pas les bactéries receveuses en cellule F+. (croissement Hfr x F- : recombinants bactériens)
Où se retrouve le facteur de fertilité lors des croissements avec les bactéries donneuses (Hfr)?
Le facteur de fertilité F est intégré dans le chromosome bactérien à des sites spécifiques
Décrire un croissement bactérien entre une bactérie receveuse (F-) et une bactérie donneuse (F’):
Au cours de ce processus, il arrive que le plasmide fasse une erreur d’excision et emporte une portion du chromosome. On l’appelle alors le plasmide F’ car il est génétiquement distinct du plasmide F.Lors d’un croissement F’ x F-, les descendants F- deviennent fréquemment F+ et intègrent l’ADN excisé.
Où se retrouve le facteur de fertilité lors des croissements avec les bactéries donneuses (F’)?
Le Facteur de fertilité F’ est sur un plasmide.
Comment se nomme la conjugaison avec F’?
Sexduction
Décrire la découverte de l’expérience de E. Wollman et F. Jacob (1957)?
Transfert linéaire de l’ADN (plasmide ou chromosome) de la bactérie donneuse dans la bactérie receveuse F-.
Le chromosome circulaire (Hfr) ou le plasmide F ou F’ de la donneuse est transféré dans la receveuse F- de façon linéaire à partir d’un point spécifique appelé origine de transfert [O] (transfert orienté et progressif).
Comment se nomme le point spécifique de transfert du chromosome circulaire (Hfr) ou du plasmide F ou F’ de la donneuse?
Origine de transfert [O]
Quelle est la structure générale du plasmide F (plasmide conjugatif)?
Le plasmide F est une petite molécule d’ADN bicaténaire circulaire de 95-100 kpb, extra ou intrachomosomique (épisome), autoréplicable et autotransférable
Décrire les caractéristique d’un épisome?
- Plasmide libre ou intégré au chromosome de l’hôte
- Élément génétique susceptible de se répliquer dans l’un de deux états.
Quelles sont les deux états des épisomes?
- Intégré au chromosome de la cellule hôte (Hfr)
- Libre dans le cytoplasme : plasmide F (F+)
Quelles sont les principaux types de plasmides? (6)
Plasmide F, Plasmide R, Plasmide Col, Plasmide de virulence, Production d’antibiotique, Plasmide métabolique
C’est quoi le Plasmide F?
Facteur de fertilité
Plasmide R
Résistance aux antibiotiques et autres inhibiteurs
Plasmide Col
Production et résistance aux bactériocines
Plasmide de virulence
Enterotoxines, invasion, antigènes
Plasmide métabolique
Dégradation de substances inhabituelles
Quelle est la définition de la conjugaison bactérienne?
Mécanisme qui consiste en un transfert linéaire et unidirectionnel du chromosome bactérien (Hfr) ou du plasmide F de la cellule donneuse à la cellule receveuse (F-) à l’aide d’un contact direct entre les cellules
Quelle est l’initiation du contact direct lors de la conjugaison bactérienne?
Pilis sexuels
Quel est le principe de la cartographie du chromosome bactérien à l’aide de la conjugaison bactérienne?
- Croisement Hfr x F-
- Échantillons prélevés à intervalles de temps réguliers
- Agitation courte mais violente (inhibition du transfert: conjugaison interrompue)
- Étalement sur des milieux sélectifs différents permettant de dénombrer différents types de recombinants bactériens (conjugants)
- La vitesse de transfert de l’ADN étant relativement constante, le temps d’entrée des marqueurs génétiques donne une idée exacte de la distance relative (en unité de temps) qui les sépare.
Comment fonctionne la cartographie du chromosome bactérien en unité de temps (minutes)?
À l’aide de différentes souches Hfr, la carte chromosomique d’ E. Coli fut divisée en 100 minutes, chaque minute correspondant à environ 20 loci (gènes). Par convention, la position 0 (zéro) se situe au locus thr de la souche HfrH (Hayes) et la direction du transfert s’effectue dans le sens horaire.
Quelles sont les caractéristiques des bactériophages?
- Virus de bactéries constitué d’une capside protéique contenant une molécule mono ou bicaténaire d’ADN ou d’ARN et pouvant se retrouver sous deux stades: intracellulaire et extracellulaire
- Les phages sont des parasites intracellulaires obligatoires
Quelles sont les types de bactériophages?
- Phages virulents
- Phages tempérés
- Prophage
Décrire les phages virulents? Quels types de cycle?
Cycle lytique
Les phages qui lysent (destruction) toutes les bactéries qu’ils infectent sont appelés phages virulents
Décrire les phages tempérés? Quels types de cycle?
Cycle lytique ou cycle lysogénique
Le phage tempéré peut se comporter comme un phage virulent et suivre le cycle lytique ou demeurer à l’état latent dans une bactérie hôte (cycle lysogénique)
Décrire les prophages?
Forme latente du génome viral qui réside dans l’hôte sans le détruire
L’ADN du phage lambda s’intègre par recombinaison dans un site spécifique du chromosome d’ E. coli et y demeure dans un état passif (prophage)
Décrire les bactéries lysogènes?
Bactéries qui possèdent et transmettent à leur descendance le pouvoir de produire des phages en absence d’infection (elles possèdent l’ADN du phage)
Quelle est la définition de la transduction bactérienne?
Transfert génétique au cours duquel un ou plusieurs gènes bactériens sont transmis d’une bactérie donneuse à une bactérie receveuse par l’intermédiaire d’un bactériophage transducteur qui agit comme vecteur en transportant une portion du chromosome bactérien de la donneuse à la receveuse
Quelles sont les types de la transduction bactérienne?
Généralisée ou spécialisée
Décrire la transduction généralisée?
Transduction dans laquelle les phages tempérés ou virulents transportent un exogénote bactérien qui peut correspondre à n’importe quel fragment du chromosome de la bactérie donneuse.
Quelles sont les grandes étapes de la cinétique de la transduction généralisée? (2)
- Transfert de marqueurs génétiques de la donneuse à la receveuse par l’entremise d’un vecteur phagique
- Recombinaison de ces marqueurs au génome de la bactérie receveuse
Décrire les étapes de la cinétique de la transduction généralisée (4)?
- Infection phagique des bactéries donneuses
- Erreur lors de l’assemblage des phages (encapsidation)
- Lyse des bactéries donneuses et libération de phages normaux et transducteurs
- Infections des bactéries réceptrices par les phages normaux et transducteurs
Décrire l’erreur lors de l’assemblage des phages (encapsidation) (transduction généralisée)?
Lors de l’encapsidation du génome phagique, un court fragment d’ADN bactérien peut être incorporé (encapsidé) par erreur et au hasard dans la tête phagique, soit la formation d’un phage transducteur.
Décrire la lyse des bactéries donneuses et libération de phages normaux et transducteurs (transduction généralisée)?
La très grande majorité (>99%) des phages produits sont normaux tandis qu’une minorité possèdent seulement de l’ADN bactérien dans leur capside (Phage transducteurs)
Les phages transducteurs ne contiennent pas d’ADN viral!
Décrire l’infections des bactéries réceptrices par les phages normaux et transducteurs (transduction généralisée)?
L’infection d’une bactérie par un phage transducteur (incapable de lyser la bactérie) produira un transductant (après intégration de l’ADN par recombinaison dans le génome de la bactérie réceptrice)
Décrire la transduction spécialisée?
Transduction dans laquelle un phage tempéré, défectif pour une partie de son information génétique, a inséré, de manière stable dans son génome, un fragment d’ADN de la bactérie donneuse correspondant à quelques gènes bactériens spécifiques
Quelles sont les grandes étapes de la cinétique de la transduction spécialisée? (5)
- Libération du prophage du chromosome d’une bactérie sauvage lysogène donneuse
- Erreur d’excision du prophage
- Lyse des bactéries donneuses et libération des phages normaux et des phages défectifs
- Infection de bactéries receveuses par des phages normaux/défectifs
- Recombinaison homologue de l’ADN transduit au génome de labactérie receveuse (transductant)
Décrire la libération du prophage du chromosome d’une bactérie sauvage lysogène donneuse (transduction spécialisée)?
Sous certaines conditions de culture (ex.: irradiation aux ultraviolets), le prophage devient susceptible à son excision du chromosome bactérien
Décrire l’erreur d’excision du prophage (transduction spécialisée)?
À l’aide d’enzymes phagiques spécifiques, il y a excision normale du prophage produisant ainsi un génome phagique et un génome bactérien intact
Avec une fréquence très faible, il peut se produire une erreur d’excision suite à des clivages incorrects. Cette erreur d’excision produit des fragments hybrides d’ADN (ADN phagique + ADN bactériens)
Puisque le prophage lambda s’intègre dans le chromosome bactérien entre les gènes bactériens gal et bio, certains phages transducteurs contenant gal ou bio peuvent être produits suite aux erreurs d’excision, d’où la transduction spécialisée.
Décrire la lyse des bactéries donneuses et libération des phages normaux et des phages défectifs (transduction spécialisée)?
La majorité des phages libérés sont normaux tandis qu’une faible proportion sont transducteurs
