Génétique bactérienne

Question 1

Quels sont les deux types d’échange d’information génétique chez les bactéries?

Answer 1

• Transfert vertical : entre un « parent » et sa descendance
• Transfert horizontal: entre deux organismes distincts

Question 2

Quels sont les 3 principes de l’expérience de Griffith?

Answer 2

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

Question 3

Comparer les 2 types morphologiques de pneumocoques dans l’expérience de Griffith.

Answer 3

1) Pneumocoquessauvagesencapsuléset 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 (forme S: smooth ou forme L: lisse)

2) Pneumocoquesmutantsnoncapsuléset 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 (forme R : rough, rugueuse)

Question 4

Expliquer la transformation des pneumocoques de forme R en pneumocoques de forme S.

Answer 4

•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

•Il semble que les débris (agent transformant) des pneumocoques S chauffés (non vivants) transforment des pneumocoques R vivants en forme S.

Question 5

Quelle substance a été identifiée comme l’agent transformant dans l’expérience de Griffith?

Answer 5

-En 1944, Oswald Avery, C.M. Macleod et McCarthy ont démontré que 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.

Question 6

Qu’est-ce que la transformation bactérienne?

Answer 6

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)

Question 7

Qu’est-ce qu’une compétence bactérienne? Quels sont les facteurs de compétence (3)?

Answer 7

Aptitude de certaines bactéries à absorber des
fragments d’ADN libre et de les incorporer dans son génome.

• Facteurs de compétence : récepteurs, nucléases, protéines liant l’ADN simple brin

Question 8

Quels sont les paramètres pouvant influencer la compétence (4)?

Answer 8

• Espèce bactérienne
• Milieux de culture
• Phase de croissance
• Changement rapide de température

Question 9

Donner des exemples de bactéries compétentes (gram + et gram -).

Answer 9

Bactéries Gram + : Streptococcus pneumoniae, Bacillus subtilis, …

Bactéries Gram - : Neisseria gonorrhoeae, Haemophilus influenzae, …

Question 10

Quelles sont les 4 étapes de la transformation bactérienne?

Answer 10

a) Adsorption de l’ADN (récepteur)
b) Entrée de l’ADN (simple brin)
c) Recombinaison homologue
d) Bactérie transformée (transformant ou recombinant)

Question 11

Quels sont les 2 types de transformation bactérienne?

Answer 11

• Intégration de l’ADN dans le chromosome de la bactérie (fonctionne si ça donne un intermédiaire simple)
• Intégration de l’ADN plasmide dans la bactérie (pas dans le chromosome)

Question 12

Qu’est-ce que le génie génétique?

Answer 12

-Induction de la compétence chez E. coli (bactérie naturellement non transformable) par traitement au chlorure de calcium [CaCl2] et d’un choc thermique

-Entrée forcée par la déstabilisation de la paroi par un choc électrique (électroporation)

Question 13

Comment se fait le clonage chez les bactéries?

Answer 13

CLONAGE: De l’ADN de n’importe quelle origine peut être introduit dans des bactéries en l’insérant dans un plasmide avant transformation

Question 14

Quelle est la découverte de J. Lederberg et E. Tatum (1946)?

Answer 14

Ils utilisèrent deux souches auxotrophes, présentant plusieurs exigences nutritionnelles différentes (poly-auxotrophes),

Souche A: bio- phe- cys- thr+ leu+ thi+
Souche B: bio+ phe+ cys+ thr- leu- thi-

(+ = synthèse; - = absence de synthèse)

(Bio: biotine; Phe: phénylalanine ; Cys: cystéine ; Thr: thréonine; Leu: leucine;Thi: thiamine)

Question 15

Quel est le principe de l’expérience de Lederberg et Tatum?

Answer 15

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).

Question 16

Quels ont été les résultats de l’expérience de Lederberg et Tatum (groupes témoins et expérimental)?

Answer 16

A) Groupes témoins
• Aucune colonie n’apparaît sur les milieux ensemencés avec des bactéries de la souche A ou de la souche B (milieu minimal)

B) 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 (fréquence: 101 / 108 = 10-7 = 1/10 000 000)

► Ces colonies sont nécessairement prototrophes puisqu’elles sont capables de croître sur un milieu minimal sans supplément nutritionnel

Question 17

Quelle est la conclusion de l’expérience de Lederberg et Tatum?

Answer 17

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.

Question 18

Quelles sont les caractéristiques essentielles de la conjugaison bactérienne (3)? Nommer la personne qui a découvert chaque caractéristique.

Answer 18

1) Nécessite un contact physique entre les bactéries (B. Davis 1950)

2) Présence d’un facteur de fertilité (F) dans les bactéries donneuses (W. Hayes 1952)

3) Transfert linéaire de l’ADN (plasmide ou chromosome) de la bactérie donneuse dans la bactériereceveuseF- (E.WollmanetF.Jacob1957)

Question 19

Expliquer la nécessité d’un contact physique entre les bactéries.

Answer 19

Un contact physique entre les deux souches est essentiel pour produire des bactéries prototrophes (recombinants) (Expérience du tube en U).

Question 20

Expliquer la présence d’un facteur de fertilité (F) dans les bactéries donneuses.

Answer 20

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.

Bactéries receveuses: F- (sans facteur de fertilité)

Question 21

Quels sont les 3 types de bactéries donneuses?

Answer 21

A) Bactéries donneuses: F+ (avec un facteur de fertilité 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+
—> Le Facteur de fertilité F est sur un plasmide

B) Bactéries donneuses: Hfr (haute fréquence de recombinants)
—> 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)
—> Le facteur de fertilité F est intégré dans le chromosome bactérien à des sites spécifiques

C) Bactéries donneuses: F’
—> F’ est issu de l’excision d’un Hfr et d’ADN chromosomique.
—> 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 ecisé avec le Hfr
—> Conjugaison avec F’ = Sexduction
—> Le Facteur de fertilité F’ est sur un plasmide

Question 22

Expliquer le transfert linéaire de l’ADN.

Answer 22

Transfert linéaire de l’ADN (plasmide ou chromosome) de la bactérie donneuse dans la bactérie receveuse F- (E. Wollman et F. Jacob 1957)

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).

Question 23

Comment est la structure générale du plasmide F (plasmide conjugatif)?

Answer 23

Le plasmide F est une petite molécule d’ADN bicaténaire circulaire de 95-100 kpb, extra ou intrachomosomique (épisome), autoréplicable et autotransférable.

Question 24

Qu’est-ce qu’un épisome?

Answer 24

• Plasmide libre ou intégré au chromosome de l’hôte
• Élément génétique susceptible de se répliquer dans l’un des deux états:
  1) Intégré au chromosome de la cellule hôte (Hfr)
  2) Libre dans le cytoplasme : plasmide F (F+)

Question 25

Quels sont les principaux types de plasmides (6)?

Answer 25

• Plasmide F: Facteur de fertilité (Escherichia, Pseudomonas, Staphylococcus,…)

• Plasmide R: Résistance aux antibiotiques et autres inhibiteurs…

• Plasmide Col: Production et résistance aux bactériocines (colicine)

• Plasmide de virulence: enterotoxines, invasion, antigènes,…

• Production d’antibiotique (Streptomycine)

• Plasmide métabolique: dégradation de substances inhabituelles,…

—> Peuvent être conjugatifs (transférables d’une bactérie à une autre durant une conjugaison promue ou non par un autre plasmide)

Question 26

Qu’est-ce que la conjugaison bactérienne?

Answer 26

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).

Question 27

Pourquoi la conjugaison bactérienne est importante (2)?

Answer 27

• Transfert génétique horizontal ou latéral

• Cartographie du chromosome bactérien à l’aide de la conjugaison bactérienne

Question 28

Expliquer le principe de méthode de la cartographie du chromosome bactérien à l’aide de la conjugaison bactérienne.

Answer 28

Principe de la méthode
- 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

Question 29

Expliquer a cartographie du chromosome bactérien d’E. Coli en unité de temps (minutes).

Answer 29

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. 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.

Question 30

Qu’est-ce qu’un bactériophages?

Answer 30

•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

Question 31

Quels sont les 3 types de bactériophages?

Answer 31

A) Phages virulents: cycle lytique
•Les phages qui lysent (destruction) toutes les bactéries qu’ils infectent sont appelés phages virulents (Ex.: phages de la série T)

B) Phages tempérés: 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)
(Ex.: P1 tempéré, P22 tempéré, lambda tempéré)

C) Prophage
•Forme latente du génome viral qui réside dans l’hôte sans le détruire Ex.: Prophage lambda de E. coli
- 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)

Question 32

Que sont les bactéries lysogènes?

Answer 32

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).

Question 33

Quelles sont les 5 phases des cycles lytiques des bactériophages?

Answer 33

1- Attachement

2- Entrée de l’ADN du phage et dégradation de l’ADN de l’hôte

3-Synthèse des génomes et protéines virales

4- Assemblement

5- Relâchement (destruction complète de la bactéries virusé

Question 34

Explique les cycles des bactériophages tempérés (6 étapes).

Answer 34

1- Attachement

2- Injection

3- Lysogénie —> ADN viral intégré dans l’ADN de l’hôte

4- Division cellulaire (l’ADN du prophète fait partie de l’ADN de l’hôte maintenant)

Question 35

À quoi ressemble un milieu solide en présence de bactériophages? Et un milieu liquide?

Answer 35

Milieu solide : Moins de colonies présentes —> Les phages détruisent les bactéries

Milieu liquide : Densité cellulaire réduite

Question 36

Qu’est-ce que la transduction bactérienne?

Answer 36

•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

Question 37

Quels sont les 2 types de transduction bactérienne?

Answer 37

Il existe deux types de transduction: généralisée ou spécialisée

Question 38

Quelle est l’importance de la transduction bactérienne (généralisée et spécialisée)?

Answer 38

Transfert génétique horizontal ou latéral

Question 39

Qu’est-ce que la transduction généralisée?

Answer 39

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.

Question 40

Quelles sont les 2 grandes étapes de la cinétique de la transduction gééralisée?

Answer 40

Comme pour la transformation et la conjugaison, la cinétique de la transduction bactérienne consiste en deux grande étapes:

1- Transfert de marqueurs génétiques de la donneuse à la receveuse par l’entremise d’unvecteurphagique
2- Recombinaison de ces marqueurs au génome de la bactérie receveuse

Question 41

Quelles sont les étapes détaillées de la cinétique de la transduction généralisée (4)?

Answer 41

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
-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 !

4) Infections des bactéries réceptrices par les phages normaux et transducteurs -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)

Question 42

Qu’est-ce que la transduction spécialisée?

Answer 42

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

Question 43

Quelles sont les étapes détaillées de la cinétique de la transduction spécialisée (5)?

Answer 43

1) Libération du prophage du chromosome d’une bactérie sauvage lysogène donneuse
- Sous certaines conditions de culture (ex.: irradiation aux ultraviolets), le prophage devient susceptible à son excision du chromosome bactérien

2) Erreur d’excision du prophage
-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 (10-6 à 10-7), 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 bactérien)
- Puisque le prophage lambda s’intègre dans le chromosome bactérien entre les gènes bactériens gal et bio, certains phages transducteurs contenant gal [phage lambda défectif gal] ou bio [phage lambda défectif bio] peuvent être produits suite aux erreurs d’excision, d’où la transduction spécialisée

3)Lyse des bactéries donneuses et libération des phages normaux et des phages défectifs
- La majorité des phages libérés sont normaux tandis qu’une faible proportion sont transducteurs (fréquence de phages lambda défectifs: 10-6 à 10-7)

4) Infection de bactéries receveuses par des phages normaux/défectifs

5) Recombinaison homologue de l’ADN transduit au génome de la bactérie receveuse (transductant)