Cours 7 - Génétique bactérienne Flashcards
Qu’est-ce qu’un transfert vertical ?
Entre un « parent » et sa descendance
Qu’est-ce qu’un transfert horizontal ?
Entre deux organismes distincts
Quelles sont les 3 formes d’échanges génétiques chez les bactéries ?
Transformation, conjugaison et transduction
Qu’est-ce qu’étudiait Frederick Griffith (1928) ?
Le transfert de la virulence de la bactérie pathogène Streptococcus pneumoniae
Quels sont les 3 principes de l’expérience de Griffith ?
A. Types morphologiques de pneumocoques (S et R) B. Transformation des pneumocoques de forme R en pneumocoques de forme S C. Agent transformant: l’ADN
Quels sont les deux types morphologiques de pneumocoques ?
1) Pneumocoques sauvages encapsulés et virulents (forme S) 2) Pneumocoques mutants non capsulés et non virulents (forme R)
De quoi est fait la capsule des pneumocoques sauvages ?
Polysaccharides
Comment sont les contours de chacun des types de pneumocoques ?
- Forme S : smooth/lisse 2. Forme R : rough/rugeuse
Décrire l’expérience de Griffith (1928)
- Il a inoculé des souris avec le type S de Streptochoques -> souris meurent 2. Il inoculé les souris avec le type R -> souris vivantes 3. Il a inoculé les souris avec le type S tué par la chaleur -> souris vivantes 4. Il a inoculé les souris avec un mélange de S morte et de R -> les souris meurent. Il a été capable d’isolé des type S virulent des souris mortes.
Quelle sont les conclusions de l’expérience de Griffith ?
les débris (agent transformant) des pneumocoques S chauffés (non vivants) transforment des pneumocoques R vivants en forme S. Il y a eu transormation
Décrire l’expérience de Oswald Avery, C.M. Macleod et McCarthy (1944)
Ils ont isolé l’ARN, l’ADN, les protéines, les lipides et les glucides contenus dans le type de Streptocoque S tuée par la chaleur. Ils ont démontré que seule l’ADN est la seule classe de molécule qui transgorme des colonies R en S
Quelle est la conclusion de l’expérience de Oswald Avery, C.M. Macleod et McCarthy (1944) ?
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
Avant de savoir que l’ADN était responsable de l’hérédité, que croyait-on que c’était ? et pourquoi ?
Les protéines, car elles sont plus complexes que l’ADN
Définir 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. Ces fragments d’ADN absorbés peuvent se recombiner au chromosome de la bactérie réceptrice pour ainsi produire des transformants (recombinants bactériens)
Vrai ou faux : une bactérie peut se transformer en acceptant une partie d’ADN qu’elle ne possède pas, provenant d’une autre bactérie
Faux, elle doit posséder le gène homologue. Celui-ci sera remplacé par le gène transformant.
Qu’est-ce que la compétence bactérienne ?
Aptitude de certaines bactéries à absorber des fragments d’ADN libre et de les incorporer dans son génome.
Vrai ou faux : n’importe quelle bactérie peut se transformer ?
Faux, cela dépend des facteurs de compétence
Quels sont les facteurs de compétence d’une bactérie ?
récepteurs, nucléases, protéines liant l’ADN simple brin
Quels sont les paramètre pouvant influencer la compétence ?
- Espèce bactérienne - Milieux de culture - Phase de croissance (exponentielle plus enclin) - Changement rapide de température
Nommer des exemples de bactéries compétentes à la transformation.
- Bactéries Gram + : Streptococcus pneumoniae, Bacillus subtilis, … - Bactéries Gram - : Neisseria gonorrhoeae, Haemophilus influenzae, …
Quelles sont les 4 étapes de la transformation bactérienne (détaillé) ?
- Des protéines à la surface de la bactérie lient l’ADN transformant (récepteur) 2. Des nucléases dégradent un des brins en nucléotides pendant que l’autre entre dans la bactéie 3. Automatiquement il y a des protéines spécifique à la compétence qui se lient à l’ADN simple brin 4. Recombinaison homologue grâce aux protéines RecA (formation de deux chiasmata comme dans la méiose) 5. La bactérie est transformée
Si l’ADN simple brin entre dans la bactérie, mais n’est pas homologue, que ce passe-t-il ?
Elle sera détruite
Quelle sont les deux sortes d’ADN qui peuvent transformer une bactérie ?
Les brins libres et les plasmides
Pourquoi un plasmide est-il systématiquement intégré à une bactérie ?
Car il ne rejoint pas l’ADN de la bactérie, mais est plutôt présent dans le cytoplasme. Il n’est donc pas nécessaire que l’ADN soit homologue, contrairement à l’intégration d’un brin libre
Vrai ou faux : un plasmide est toujours double brins ?
Faux, avant sont adsorption dans la cellule, il est simple brin. Un deuxième brin est synthétisé par la bactérie dans son cytoplasme.
Chaque génération de bactéries recombinantes/transformées conserve les gènes acquis lors de la réplication. Quel est l’avantage ?
Résistance aux antibiotiques ou gènes permettant la survie dans des milieux hostiles (chaleur, concentration, etc)
Quels sont les moyens en génie génique qui permettent de transformer une bactérie qui n’est pas compétente ?
- Induction de la compétence. Exemple chez E. coli : traitement de chlorure de calcium (CaCl2) et d’un choc thermique. 2. Entrée forcée par la déstabilisation de la paroi par un choc électrique (électroporation)
Définir 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 (contact initié par le pilus sexuel)
Décrire la recherche de J. Lederberg et E. Tatum (1946) à propos de la conjugaison bactérienne (pas les résultats)
Ils utilisèrent deux souches auxotrophes, présentant plusieurs exigences nutritionnelles différentes (poly-auxotrophes). Ils ont inoculé chacune des deux souches individuellement (groupe témoins) et un mélange des deux (préalablement incubé 4-5h) sur un milieu minimal
Quels sont les résultats de J. Lederberg et E. Tatum (1946) à propos de la conjugaison bactérienne ?
Les groupes témoins (1 seule souche) n’ont pas crû. Alors que le mélange de bactéries, oui.
Quelles sont les conclusions de J. Lederberg et E. Tatum (1946) à propos de la conjugaison bactérienne ?
Qu’il y a eu un échange génétique entre les deux souches bactériennes afin de créer une nouvelle souche prototrophe, donc qui peut pousser sur le milieu minial
Nommer les trois caractéristiques essentielles de la conjugaison bactérienne
1) nécessite un contact physique 2) présence d’un facteur de fertilité (F) dans les bactéries donneuses 3) Transfert linéaire de la bactérie donneuse (F) dans la receveuse (F-)
Quelle expérience prouve la nécessité d’avoir un contact afin d’effectuer une conjugaison ? la décrire.
L’expérience du tube en U. Deux souches auxotrophes sont séparés par un filtre. En augmentant la pression d’un coté du U, les nutriments se déplace, mais il n’y a pas croissance. Donc un contact physique est requis
Qu’est-ce qu’une bactérie F- ?
Une bactérie receveuse, sans facteur de fertilité
Qu’est-ce qu’une bactérie F+ ?
Une bactérie donneuse, avec un facteur de fertilité F.
Que ce passe-t-il lors d’un croisement F+ x F- ?
Les descendants ne sont que rarement modifiés dans leur auxotrophie, mais les souches F- deviennent fréquemment F+
Où est situé le facteur de fertilité F sur une bactérie F+ ?
Sur le plasmide. C’est donc ce dernier qui est donné à la bactérie, non pas le génome.
Qu’est-ce qu’une bactérie Hfr ?
C’est une bactérie dont le plasmide a été intégré dans le chromosome. Cette bactérie donneuse transferts des gènes chromosomiques avec une grande efficacité, mais ne transforment pas les bactéries receveuses en cellule compétente, car une partie du facteur de fertilité (plasmide) est donné et une partie du chromosome aussi.
Que ce passe-t-il lors d’un croisement Hfr x F- ?
La bactérie receveuse reçoit une partie du génome de la bactérie donneuse et du plasmide F, qui est intégré a son chromosome. Mais elle ne devient pas compétente car la partie donnée ne peut pas reformer un plasmide circulaire, intégrer le chromosome ou n’est pas le gène F complet
Où est situé le facteur de fertilité F sur une bactérie Hfr ?
Dans le chromosome (génome) bactérien, à des sites spécifiques
Vrai ou faux, pour qu’il y ait conjugaison Hfr x F-, les deux bactéries doivent être de la même espèce ?
Vrai
Pourquoi une bactérie Hfr ne peut-elle pas transférer tout son génome ?
Car la conjugaison à un temps limité
Qu’arrivait-il si dans le cas d’un Hfr, le chromosome était transféré au complet ?
il y aurait une compétition entre les deux. Lors d’une prochaine conjugaison il y aurait deux origines de réplication et deux origines de transferts. Ça demanderait beaucoup d’énergie à la bactéries pour répliquer les brins.
Qu’est-ce qui influence la quantité de gène transféré d’une Hfr à une F- ?
Le temps
Qu’est-ce qu’une bactérie F’ ?
C’est une bactérie Hfr qui, au cours de l’excision pour redevenir F+, n’excise pas correctement le plasmide. Ainsi, une partie du chromosome fait maintenant partie du plasmide F.
Que se passe-t-il lors d’une conjugaison F’ x F- ?
La bactérie F’ donne son plasmide F et une partie de son chromosome. La receveuse devient compétente, car obtient le plasmide F complet (et une partie du chromosome, mais cela ne change rien)
Décrire les étapes d’une conjugaison F+ x F-
1) Contact initié par pilus sexuel. C’est la bactérie donneuse qui forme le pilus (car c’est elle qui possède le ‘‘gène pilus’’ sur son plasmide) 2) Attraction des deux cellules 3) Fusion des membranes 4) Un seul brin du plasmide est transféré en commençant par l’origine du transfert. Le double brin est séparé par des endonucléases 5) Un deuxième brin est automatiquement synthétisé chez les deux bactéries 6) Séparation des deux cellules
Vrai ou faux : plusieurs plasmides peuvent être transféré en même temps
Vrai
Définir le transfert linéaire de l’ADN lors de la conjugaison
Le chromosome circulaire (Hfr) ou les 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). Dans un Hfr, l’origine de transfert est au milieu du génome, c’est pourquoi le génome et la plasmide intégré se transfèrent.
Décrire la structure d’un plasmide
Le plasmide F est une petite molécule d’ADN bicaténaire circulaire de 95-100 kpb, extra ou intrachomosomique (épisome), autoréplicable et autotransférable
Quels sont les principaux types de plasmide ?
F : fertilité R : résistance antibio ou inhibiteurs Col : production et résistance aux bactériocines (colicine) De virulence : enterotoxines, invasion, antigènes Production d’antibio (Streptomycine) Métabolique : dégradation de substances inhabituelles
Si un plasmide ne possède pas le gène de conjugaison, peut-il quand même être transféré ?
Oui, s’il y a présence d’un autre plasmique qui lui peut être transféré, ce dernier débutera la conjugaison (pili, membrane etc) et le deuxième plasmide sera transféré en même temps s’il possède une origine de transfert
Quelle est la condition pour qu’un plasmide F intègre le chromosome ? (recombinaison)
Il peut s’intégrer au chromosome si ce dernier possède la même séquence (îlot ou bien site) de réplication
Comment est-il possible de cartographier les gènes d’une bactérie ?
On croise une bactérie Hfr et une F-, puis on inhibe la conjugaison à différents temps grâce à des agitations violentes. On étale ensuite chacune des souches recueillies aux temps différents sur des milieux sélectifs différentiels afin de voir quel gène a été transféré à quel moment, ce qui donne une distance relative du gène sur le chromosome en fonction du temps. (séquence d’intégration) Puisque la vitesse de transfert de l’ADN est relativement constante.
Qu’est-ce qu’un bactériophage ?
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
Vrai ou faux : Les phages sont des parasites intracellulaires obligatoires
Vrai
Nommer les deux type de bactériophage ?
Phage virulent ou tempéré
Qu’est-ce qu’un phage virulent ?
Les phages qui lysent (destruction) toutes les bactéries qu’ils infectent Ex.: phages de la série T
Qu’est-ce qu’un phage tempéré?
Le phage tempéré peut se comporter comme un phage virulent et suivre le cycle lytique ou demeurer à l’état latent (prophage) dans une bactérie hôte (cycle lysogénique) Ex.: P1 tempéré, P22 tempéré, lambda tempéré
Qu’est-ce qu’un prophage ?
Forme latente du génome viral qui réside dans l’hôte sans le détruire Ex.: Prophage lambda de E. coli
Qu’est-ce qu’une bactérie lysogène ?
Bactéries qui possèdent et transmettent à leur descendance le pouvoir de produire des phages en absence d’infection (elles possèdent l’ADN du phage) Ex.: E. coli (lambda), E. coli (P1)
Nommer les étape du cycle lytique
1) Attachement du phage sur les récepteurs de la bactérie 2) entrée de la molécule d’ADN et désintégration du génome bactérien 3) Synthèse du génome viral et des protéines pour l’encapsidation 4) Encapsidation et assemblage (queue, tête et pattes) 5) Lyse de la cellule et relâchement des phages
Décrire le cycle lysogène
1) Attachement du phage sur les récepteurs de la bactérie 2) Entrée de la molécule d’ADN 3) L’ADN s’insère dans le génome bactérien 4) La cellule se divise et ses déscendantes possèdent le prophage 5) Facultatif : entré dans le cycle lytique
Vrai ou faux : le prophage fini toujours par être lytique
Faux, Certains prophage ont intégré une bactérie puis il y a eu division, mais les bactéries ne sont jamais entrée en phase lytique car elles ont évolué avec le prophage et celui-ci a perdu ses gènes lui permettant d’entrer en phase lytique.
Définir 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
Nommer les deux types de transduction
Généralisée ou spécialisée
Vrai ou faux : la transduction bactérienne peut seulement faire un transfert génétique horizontal ?
Faux, latéral aussi
Vrai ou faux : la transduction bactérienne peut être utilisée afin de cartographier un chromosome bactérien ?
Vrai
Qu’est-ce que 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
Qu’est-ce qu’un éxogénote bactérien ?
ADN qui appartient à la bactérienne, pas au phage.
Tout comme pour la transformation et la conjugaison, la la cinétique de la transduction bactérienne consiste en deux grande étapes, les quelles ?
- 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
Quelles sont les étapes d’une transduction généralisée ?
1) Infection phagique des bactéries donneuses 2) Erreur lors de l’assemblage des phages (encapsidation). 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 3) Lyse des bactéries donneuses et libération de phages normaux et transducteurs 4) Infections des bactéries réceptrices par les phages normaux et transducteurs
Qu’est-ce qu’un phage transducteur ?
C’est un phage qui ne possède pas d’ADN viral, mais seulement de l’ADN bactérien (<1% des phages)
Que se passe-t-il lorsqu’un phage transductant infecte une bactérie ?
L’ADN est injecté dans la bactérie et s’il existe une séquence homologue avec le génome, l’ADN sera intégré. Sinon, il y a destruction de l’ADN.
Qu’est-ce que 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 étapes de la transduction spécialisée ? (par exemple chez un phage lambda et E. coli)
1) Infection d’un phage tempéré et libération du prophage dans la bactérie et intégration de celui-ci dans le génome bactérien (entre les gènes GAL et BIO) 2) Certaines conditions de culture (ex : irradiation aux UV), le prophage devient susceptible a son excision du chromosome bactérien 3) Erreur d’excision du prophage : normalement il y a excision normale produisant un génome phagique et un bactérien. Rarement, des clivages incorrects forment des fragments hybrides d’ADN phagique et bactérien. Certains fragments possèdent le gène GAL ou BIO fonctionnant (bactérien) 4) Il y a lyse des bactéries et libération des phages normaux et défectifs (transducteurs) 5) Infection de bactérie receveuse 6) Recombinaison homologue d’ADN transduit au génome de la bactérie receveuse
