Cours 7

Question 1

Quels sont les trois principaux mécanismes de transfert horizontal de gènes chez les bactéries ?

Answer 1

Les trois principaux mécanismes de transfert horizontal de gènes (HGT) chez les bactéries sont la transformation, la transduction et la conjugaison.

Question 2

Décrivez la transformation bactérienne.

Answer 2

La transformation est le processus par lequel les bactéries absorbent l’ADN libre de leur environnement. Cet ADN peut provenir d’autres bactéries, mortes ou vivantes.

Question 3

Décrivez la transduction bactérienne.

Answer 3

La transduction est le transfert de matériel génétique d’une bactérie à une autre par l’intermédiaire d’un bactériophage (un virus qui infecte les bactéries).

Question 4

Décrivez la conjugaison bactérienne.

Answer 4

La conjugaison est le transfert d’ADN d’une bactérie à une autre par contact direct entre les deux cellules. Ce transfert se fait généralement par l’intermédiaire d’un plasmide, un petit élément d’ADN circulaire qui peut se répliquer indépendamment du chromosome bactérien.

Question 5

Pourquoi les transferts horizontaux de gènes sont-ils importants pour l’évolution des bactéries ?

Answer 5

Les transferts horizontaux de gènes permettent aux bactéries d’acquérir de nouveaux gènes qui peuvent leur conférer un avantage sélectif dans leur environnement. Par exemple, les bactéries peuvent acquérir des gènes de résistance aux antibiotiques par HGT.

Question 6

Quels sont les principaux types de sélection naturelle qui peuvent agir sur les populations de bactéries ?

Answer 6

Les principaux types de sélection naturelle qui peuvent agir sur les populations de bactéries sont : La sélection positive : favorise les individus qui ont un avantage reproductif dans un environnement donné. La sélection négative : élimine les individus qui ont un désavantage reproductif. La sélection neutre : n’affecte pas la reproduction des individus.

Question 7

Qu’est-ce que la spéciation ?

Answer 7

La spéciation est le processus par lequel de nouvelles espèces se forment. Chez les bactéries, la spéciation est souvent le résultat de l’isolement géographique et de l’adaptation à des niches écologiques différentes.

Question 8

Nommez trois plateformes de séquençage de deuxième génération.

Answer 8

Trois plateformes de séquençage de deuxième génération sont 454 Roche, Illumina et Ion Torrent.

Question 9

Quelles sont les principales caractéristiques des méthodes de séquençage de troisième génération ?

Answer 9

Les méthodes de séquençage de troisième génération permettent de séquencer des molécules d’ADN uniques en temps réel. Elles sont encore en développement, mais elles ont le potentiel de révolutionner le domaine du séquençage de l’ADN.

Question 10

Nommez deux plateformes de séquençage de troisième génération.

Answer 10

Deux plateformes de séquençage de troisième génération sont PacBio et Nanopore.

Question 11

Qu’est-ce que le génome cœur ?

Answer 11

Le génome cœur est l’ensemble des gènes qui sont partagés par tous les membres d’un groupe d’organismes. Ces gènes sont généralement essentiels à la survie et à la reproduction de l’organisme.

Question 12

Qu’est-ce que le pangénome ?

Answer 12

Le pangénome est l’ensemble de tous les gènes présents dans un groupe d’organismes. Il comprend le génome cœur et les gènes accessoires, qui ne sont présents que chez certains membres du groupe.

Question 13

Qu’est-ce que la phylogénie ?

Answer 13

La phylogénie est l’étude des relations évolutives entre les organismes. Les phylogénies sont souvent représentées sous forme d’arbres phylogénétiques, qui montrent comment les différents organismes sont liés les uns aux autres.

Question 14

Quel est l’impact des transferts horizontaux de gènes sur la phylogénie des bactéries ?

Answer 14

Les transferts horizontaux de gènes peuvent rendre difficile la reconstruction de la phylogénie des bactéries, car ils peuvent introduire des gènes qui ne sont pas hérités verticalement.

Question 15

À quoi se réfère le Genome transformant

Answer 15

Le génome transformant se réfère au génome receveur après qu’il a intégré de l’ADN du donneur par le processus de transformation. La transformation est l’un des trois mécanismes de transfert horizontal de gènes (HGT) chez les bactéries, les deux autres étant la transduction et la conjugaison.

Question 16

Explique le cycle de vie lytique et lysogène des phages

Answer 16

Dans le cycle lytique, le phage infecte la bactérie et prend le contrôle de sa machinerie cellulaire pour produire de nouvelles particules virales. Ce processus est rapide et conduit à la lyse (destruction) de la bactérie hôte, libérant les nouveaux phages pour infecter d’autres bactéries.
Dans le cycle lysogène, le phage intègre son ADN dans le génome de la bactérie hôte. L’ADN du phage, maintenant appelé prophage, est répliqué avec l’ADN de la bactérie à chaque division cellulaire.

Question 17

Qu’est-ce que le HGT? Quel cycle ( lytique ou lysogène ) est important et pourquoi?

Answer 17

Le HGT est le transfert de matériel génétique entre organismes qui ne sont pas liés par descendance. Les phages peuvent faciliter le HGT via la transduction, un processus qui implique le transfert d’ADN bactérien d’une bactérie à une autre par un phage.
Le cycle lysogène est particulièrement important pour le HGT car le prophage (l’ADN du phage intégré dans le génome bactérien) peut rester intégré pendant de nombreuses générations. Cela permet la transmission de gènes à travers une population bactérienne, y compris des gènes qui peuvent conférer une résistance aux antibiotiques ou une virulence accrue.

Question 18

Quel est le lien entre des phages virulents et la phagothérapie?

Answer 18

Phages virulents : Ce sont des virus qui infectent spécifiquement les bactéries.
Ils suivent un cycle lytique, ce qui signifie qu’ils répliquent leur ADN dans la bactérie hôte, produisent de nouveaux phages, et provoquent la lyse (destruction) de la cellule bactérienne pour libérer leurs descendants.
Leur spécificité pour une espèce bactérienne ou même une souche particulière les rend utiles pour cibler des bactéries spécifiques.
Phagothérapie : Il s’agit de l’utilisation de bactériophages pour traiter des infections bactériennes, une alternative ou un complément aux antibiotiques.
Les phages virulents sont préférés pour la phagothérapie car leur cycle lytique garantit l’élimination des bactéries ciblées. Contrairement aux phages tempérés (qui peuvent entrer dans un cycle lysogénique et intégrer leur ADN au génome bactérien), les phages virulents ne laissent pas de matériel génétique dans la bactérie, évitant ainsi la possibilité de transférer des gènes de résistance ou de virulence.

Question 19

Quels éléments inquent qu’un phage est tempéré?

Answer 19

des gènes de régulation qui contrôlent l’entrée et la sortie du cycle lysogénique, variable, head and tail, ARN de transfert (tRNA) et Une rupture de synthénie se produit lorsque des gènes typiques du génome bactérien sont interrompus par l’intégration d’un ADN exogène, comme celui d’un phage tempéré ( La synthénie fait référence à la conservation de l’ordre des gènes entre différents génomes. )

Question 20

À quoi sers OriV et OriT? Dans quel processus de transfert horizontal sont-ils impliqués?

Answer 20

Dans le contexte des plasmides, OriV est essentiel pour leur réplication dans la cellule hôte en l’absence de conjugaison.
Tandis que OriT est impliqué dans le transfert du plasmide pendant la conjugaison, OriV est responsable de sa maintenance et de son amplification dans la bactérie garantissant leur transmission verticale (aux cellules filles lors de la division).

Question 21

Qu’est-ce que la plasticité du génome bactérien ? Quels processus sont impliqués?

Answer 21

La plasticité du génome bactérien décrit la capacité des génomes bactériens à évoluer rapidement en réponse à leur environnement. Cela se fait par deux processus principaux : le renouvellement des gènes et le flux de gènes.
Renouvellement des gènes :
Définition : Ce processus se produit à l’intérieur de la même cellule et implique des modifications dans le contenu génétique, telles que la perte, la duplication ou la recombinaison de gènes.
Flux de gènes :
Définition : Ce processus implique le transfert horizontal de gènes (HGT), c’est-à-dire le transfert de matériel génétique entre organismes différents, indépendamment de la descendance. ( transformation, transduction et conjugaison )

Question 22

Quelles sont les deux concepts majeurs dans la spéciation et explique les

Answer 22

1. Concept d’espèce écologique (inspiré de Darwin)
   Principe clé : La spéciation est guidée par la sélection naturelle.
   Mécanisme :
   Chaque espèce évolue pour s’adapter à une niche écologique spécifique.
   Les différences génétiques entre les populations s’accumulent à cause de la pression sélective dans différents environnements.
2. Concept d’espèce biologique
   Principe clé : La spéciation est guidée par des barrières aux échanges génétiques.

Mécanisme :

Chez les organismes sexués, les barrières de reproduction (géographiques, comportementales, génétiques) empêchent les croisements entre populations.
Chez les bactéries, bien que le sexe soit absent, ce concept peut être approximé par le flux de gènes :
À l’intérieur d’une espèce : Échanges de gènes fréquents (plasmides, HGT).
Entre espèces : Échanges de gènes limités ou inexistants.
Cela crée une sorte de barrière, favorisant la différenciation entre espèces.

Question 23

Défini l’écologie reverse

Answer 23

L’écologie reverse consiste à utiliser les données génomiques pour déduire et analyser les caractéristiques écologiques d’un organisme.
Contrairement à l’approche classique (partant de l’observation écologique pour remonter aux gènes), elle démarre par l’analyse des génomes pour comprendre les interactions des bactéries avec leur environnement.

Question 24

Explique le processus methodologique de l’écologie reverse

Answer 24

Séquençage génomique : Isoler génomes par séquencage
Analyse génétique : Étudier le flux de gènes entre bactéries
Identification des populations : Délimiter des unités génétiques et écologiques (populations)
Analyse des loci soumis à une selection spécifique à la population : Loci est un emplacement préci dans génome et un exemple de selection serait la salinité élévé
Graphique les variations génétiques (diversité) en fonction des différentes parties du génome : Faible diversité du génome inque une région stabilisatrice et haute diversité indique des transfers horizontaux

Question 25

Explique la méthode Sanger de séquencage

Answer 25

Toujours les mêmes fragments qui sont répétés (dNTPs) sauf que à chaque fois c’est une position différente ou le ddNTPs est inséré ( plusieurs fragments ou la fin du fragment équivaut à l’identité de un des nucléotides originaux )

Question 26

Quelle méthode est illustrée ci-dessous ?
Si la séquence cible est ATCG, voici ce qui pourrait se passer :

Fragment 1 : Se termine par A (ddA), longueur = 1 base.
Fragment 2 : Se termine par T (ddT), longueur = 2 bases.
Fragment 3 : Se termine par C (ddC), longueur = 3 bases.
Fragment 4 : Se termine par G (ddG), longueur = 4 bases.

Answer 26

Méthode Sanger

Question 27

Quelle est la différence entre la méthode Sanger et la méthode Maxam et gilbert ? Quelle génération de séquencage?

Answer 27

Première génération de séquencage. Maxam et gilbert utilise des produits toxiques/radioactifs qui coupent le brin d’ADN à certaines bases tandis que Sanger utilise les ddNTPs fluorescents

Question 28

Qu’est-ce que le projet génome humain?

Answer 28

Premier séquencage du génome humain complet par méthode Sanger

Question 29

Les méthodes de première générations sont utilisées pour des séquences longues ou courtes? et seconde?

Answer 29

Première : courte
Seconde : longues

Question 30

Explique le séquencage de seconde génération

Answer 30

1. Liaison ADN sur lame avec amorce
2. ADN polymérase copie un brin complémentaire
3. Amplification du brin complémentaire (copie) en clusters
4. Ajout de nucléotides fluorescents aux copies du brin complémentaire
5. laser excite fluorochrome et detecté par lecteur

Question 31

Quelle est la particularité de Pacbio?

Answer 31

PacBio est une technologie de séquençage de seconde génération qui se distingue par sa capacité à produire de longs fragments d’ADN.

Question 32

Explique le séquencage par nanopore

Answer 32

La technologie Nanopore utilise un pore nanométrique intégré dans une membrane, à travers lequel est passée une molécule d’ADN unique. Le passage de chaque base nucléotidique (A, G, C, T) à travers le nanopore provoque une modification spécifique du courant électrique qui le traverse.

Question 33

Quelles sont les deux techniques d’assemblage?

Answer 33

Assemblage à partir d’un génome de référence :
●
Cette approche utilise un génome de référence, déjà séquencé et assemblé, comme modèle pour aligner et organiser les lectures de séquençage du nouveau génome à assembler - BWO, SMALT, Stampy, Bowtie
2. Assemblage de novo à partir des miniséquences chevauchantes:
Cette approche ne nécessite pas de génome de référence. Elle consiste à assembler le génome en utilisant uniquement les informations contenues dans les lectures de séquençage - Velvet, SPAdes

Question 34

Que signifie l’annotation des génomes bactériens?

Answer 34

L’annotation d’un génome bactérien consiste à déchiffrer l’information contenue dans sa séquence d’ADN pour identifier ses gènes et comprendre leur fonction.

Question 35

Explique l’annotation syntaxique

Answer 35

Les cellules bactériennes, en tant que procaryotes, réalisent tous leurs processus moléculaires fondamentaux dans le cytoplasme, De plus, les gènes bactériens, généralement formés d’une seule séquence codante continue, sont souvent organisés en opérons. Enfin, les protéines issues de ces gènes sont souvent impliquées dans le même processus métabolique ou peuvent former des sous-unités de protéines multimériques complexes. ( multimérique signifie que les protéines ont plusieures sous-protéines dans leur structures )

Question 36

Quelles sont les étapes de l’annotation fonctionelle?

Answer 36

1.Recherche de similarités (BLASTn et BLASTp; Swiss Prot): Cette étape consiste à comparer la séquence du gène étudié à des bases de données de séquences connues, comme Swiss-Prot.

2. Recherche de domaines protéiques (Prosite, PFAM): Les domaines protéiques sont des régions conservées d’une protéine qui ont souvent une fonction spécifique (kinase etc).

Des bases de données comme Prosite et PFAM contiennent des informations sur des milliers de domaines protéiques.
3. Conformation 3D (AlphaFold): La conformation 3D d’une protéine est essentielle à sa fonction. AlphaFold est un outil d’intelligence artificielle qui peut prédire la structure 3D d’une protéine à partir de sa séquence.
4. Exploration du voisinage: Dans de nombreux génomes procaryotes, les gènes qui sont physiquement proches sur le chromosome ont tendance à être fonctionnellement liés. Cette observation est liée au concept de syntonie

Question 37

Qu’est-ce qu’un gène essentiel en génomique comparative ?

Answer 37

La génomique comparative, en utilisant l’analyse des gènes essentiels, est utilisée pour: ● Déterminer le degré de divergence génétique entre les espèces.
● Identifier les gènes qui ont été acquis ou perdus au cours de l’évolution.
● Comprendre les mécanismes de spéciation, c’est-à-dire la formation de nouvelles espèces.

Question 38

Que signifie le Core alignment?

Answer 38

fait référence à l’alignement des séquences d’ADN des gènes du noyau, aussi appelés gènes essentiels, présents dans tous les isolats d’une espèce bactérienne. Ce processus est une étape cruciale de la génomique comparative et permet de :
●
Comparer les séquences des gènes essentiels entre différents isolats ou espèces bactériennes.

Question 39

Qu’est-ce que la phylogenie du core genome?

Answer 39

La “Phylogénie du Core Genome” est une approche puissante en génomique comparative qui permet de retracer l’histoire évolutive d’un groupe de bactéries en se basant sur l’analyse de leurs gènes essentiels, aussi appelés gènes du noyau. Cela se fait en construisant un arbre phylogénétique.

Question 40

Explique le principe d’horloge moléculaire

Answer 40

L’horloge moléculaire repose sur le principe que le nombre de différences observées entre deux séquences d’ADN est proportionnel au temps écoulé depuis que les deux espèces se sont séparées.

Question 41

Explique l’arbre phylogénétique dans le contexte des metadata espace

Answer 41

le concept d’intégrer des informations géographiques, ou métadonnées spatiales, dans un arbre phylogénétique pour visualiser la distribution géographique des souches bactériennes et identifier des tendances évolutives liées à l’espace.
Une couleur spécifique est attribuée à chaque lieu d’isolement des souches bactériennes.

Question 42

Explique le concept de pangénome ouvert et fermé

Answer 42

● Pangenome ouvert (E. coli): Un pangenome ouvert, comme celui d’E. coli, contient un grand nombre de gènes accessoires qui varient entre les différentes souches. Cela reflète la capacité d’E. coli à s’adapter à de nombreux environnements différents (opportuniste, opportunitrophe).
● Pangenome fermé (Staphylococcus): Un pangenome fermé, comme celui de Staphylococcus, contient un nombre plus restreint de gènes accessoires, ce qui suggère que ces bactéries sont plus spécialisées et adaptées à un nombre limité d’environnements (spécialiste, voire endosymbiote).