Génétique bactérienne Flashcards
1
Q
Qu’est-ce que la génétique?
A
Science à deux volets.
1. Transmission de l’information génétique de génération en génération
- Variation des caractéristiques et leurs causes
- causes environnementales ou modifications dans le matériel génétique
2
Q
Quels sont les avantages de travailler avec des bactéries?
A
- Possibilité d’obtenir populations immenses en peu de temps
- plusieurs ont un g très court - Permettent de détecter des évènements génétiques rares
- p.ex. qui arrivent 1 fois sur 1 milliard - Haploïdes (1 seule copie du chromosome)
- donc s’il y a une mutation, elle s’exprime rapidement (on n’a pas besoin d’attendre qu’elle devienne dominante ou homozygote) - Types métaboliques nombreux
- donc, on peut établir une relation entre présence de gènes et voies métaboliques et on peut transposer ensuite vers organismes plus complexes
3
Q
Différencier phénotype et génotype?
A
Phénotype
-ensemble des caractères observables et mesurables d’un organisme
Génotype
- ensemble de l’info génétique
- porté par le chromosome + autres éléments génétiques extrachromosomiques
- dicte le phénotype
4
Q
Expliquer les 2 volets de la génétique.
A
- Transmission de l’info génétique
- la transmission se fait se manière très précise: réplication du matériel génétique, mais très rapidement (enzyme réplique + de 1000 nucléotides/sec), alors font parfois erreurs qui pourraient entraîner variations dans phénotype
- mécanismes de réparation/d’édition pour s’assurer que la séquence nucléotidique soit la même
- stabilité des caractères de l’espèce dépend de la réplication adéquate - Variation des caractères
- 2 causes aux modifications parfois observées:
- changements dans l’environnement, pour s’adapter (pour fonctionner de façon optimale)
- OU modification du matériel génétique
5
Q
Expliquer les différents types de mutations.
A
- Mutation silencieuse
changement de base azotée qui change le codon, mais même acide aminé introduit (car plusieurs codons codent pour même acide aminé, p.ex CUU et CUA = leucine). - Mutation détectable
- changement dans base azotée qui change le codon pour un codon d’arrêt (UAA, UAG et UGA)
- terminaison de la traduction
- protéine plus courte que c’était supposé - Mutation ponctuelle
- 1 seule paire de base est changée (paires de bases habituelles sont: A-T et G-C)
- transitions
- tranversions
- déletion/insertions
6
Q
Comparer les mutations in vivo vs in vitro?
A
- In vivo
- évènements spontanés et rares (10^-6 ou -10 par gène, par génération)
- machinerie de réplication très fiable - In vitro
- on augmente la fréquence des mutation avec notamment:
- agents mutagènes: agents chimiques/physiques (p.ex. UV) qui changent ADN
7
Q
Rôle des mutations dans l’évolution
A
Très importantes, car les bactéries ont une reproduction asexuée, alors la transmission est verticale : mutations favorables vont être conservées et désavantageuses vont être éliminées (organismes n’arriveront pas à survivre)
8
Q
Quels sont les débuts de la génétique bactérienne?
A
M. et Mme. Ledeberg
- ont démontré la différence entre mutations et adaptations environnementales des organismes bactériens
- objectif: montrer que bactéries ont un ADN stable qui peut être modifié (muter)
- technique: surface de velours pour “copier” milieu de la boîte mère (milieu qui est p.ex sans antibiotiques) et “coller” dans un nouveau milieu (p.ex avec antibiotiques) pour voir mutation de résistance aux antibios.
- résultat: apparition d’une nouvelle colonie résistante aux antibiotiques, mais provient d’une colonie qui n’a jamais été exposé aux antibios (pas une adaption environnementale, mais bien une mutation)
9
Q
Décrire les deux types de transmission.
A
- Transmission verticale
- reproduction asexuée
- production de matériel génétique identique pour les cellules filles
- évolution basée sur accumulations de mutations - Transmission horizontale
- échange d’ADN (d’une partie de leur génome) entre organismes qui ne sont pas reliés/parentés: ils sont dans la même génération
- accélération de l’évolution
10
Q
Expliquer les variations des caractères d’une espèce due aux changements environnementaux.
A
Changements en fonction des stimuli environnementaux, pour s’adapter.
- modification réversible si l’on retire les stimuli on revient au phénotype original (car le matériel génétique n’est pas altéré)
- l’organisme n’exprime pas toute son information génétique simultanément (ce serait une dépense énergétique inutile)
- choisit d’exprimer tel ou tel gène pour s’adapter
- p.ex. source change du glucose au lactose
- p.ex. anaérobies facultatives passe de respiration à fermentation (exprime enzyme pour chacun, selon présence ou non d’oxygène)
11
Q
Expliquer les variations de caractères d’un espèce due aux changements du matériel génétique.
A
Si l’on élimine les stimuli et que les variations phénotypiques restent, alors il ne s’agit pas d’une adaption, mais d’une modification génotoypique
- beaucoup plus rare
- on appelle cela une mutation
- changement au niveau de l’ADN: modification séquence nucléotidique des gènes (code pour prots ou ARNr/ARNt stables)
12
Q
Quels sont les types de mutations ponctuelles?
A
- Transition
- si purine devient une purine (AG) ou une pyrimidine devient une pyrimidine (CT)
- donc A-G ou T-C s’interchangent (donne un nucléotide de la même famille)
- plus souvent de transitions (2-3x plus), car quand on reste dans même famille il y a moins de conséquences, alors changement a plus de chances d’être conservé - Transversion
- changement de famille: si purine devient pyrimidine
- si AC ou TG s’interchangent - Déletion/insertion
- changement de “cadre de lecture”
- lecture change complètement, car codons suivants sont tous changés
- protéine non-fonctionnelle
13
Q
Comment appliquons-nous aujourd’hui l’étude de mutants de M. et Mme. Ledeberg?
A
- Différents mutants amenant phénotype commun
- tolérance à une substance inhibitrice
- permet d’identifier mécanisme d’action: quelles protéines sont essentielles pour que l’antibiotique agisse, etc. - Modifier capacités de fermentation
- sélection de mutants qui vont produire p.ex. plus d’éthanol pour la même source de carbone - Déficiences nutritionnelles
- choisir mutants qui ne sont pas capables de synthétiser certains acides aminés: identifier les voies de biosynthèse des a.a. (protéines impliquées,etc.) - Biosynthèse de structures
- p.ex: mutants ftsZ
- comprendre mécanismes de formation de capsules, pili, septum, etc.
14
Q
Quels sont les mécanismes permettant la transmission horizontale?
A
- Transformation
- découverte par Dr. Griffith
- étude des bactéries streptococcus pneumoniae et avaient des colonies lisses (capsules) et rugueuses (non-capsulées)
- les bactéries qui avaient des capsules étaient pathogènes et les non-capsulées étaient non-pathogènes = mutation de lisse à rugueuse diminuait pathogénécité
- expérience avec souris: injecte mélange de rugueuses vivantes et de lisses mortes, mais la souris a développé une pneumonie. Donc, des cellules rugueuses devenaient lisses (d’où la transformation)
- conclusion: il y a principe transformant dans lequel une molécule porteuse de l’info génétique transforme l’autre
- fait intervenir de l’ADN nu (libre) libéré dans l’environnement, cellules à proximité doivent être en état de compétence (proximité obligatoire) - Conjugaison
- découverte par Ledeberg et Tatum (en 1946)
- expérience: croisement de 2 souches E. coli qui sont des mutants auxotrophes (qui a une demande nutritionnelle supplémentaire à celle de la souche mère)
- E.coli peuvent faire biosynthèse de tous les a.a. mais certains ont perdu cette capacité et on les appelle auxotrophes
- ont mélangé His- et Leu- et le résultat: His ou Leu avaient retrouvé capacité à synthétiser His/Leu
- des gens ont dit que cela ne prouvait pas l’échange d’ADN, car il s’agissait p-ê de révertants: cellules qui ont subi une mutation secondaire (une 2e mutation qui regénère une capacité originale de la cellule)
- pour prouver qu’ils n’avaient pas de révertants: ils ont utilisé des mutants polyauxotrophes (plusieurs demandes nutritionnelles supplémentaires), donc probabilité que ce soit des polyrévertants était impossible, non-applicable.
- étalement sur milieu avec aucun nutriments qu’ils ont besoin, résultat: colonies pouvaient synthétiser les a.a.
- ADN protégé
- efficace pour propagation des plasmides (système de priorités et plasmides sont privilégiées dans transfert) - Transduction
- Zinder et Ledeberg ont fait l’expérience du tube en U et ont observé de l’échange matériel génétique, ce n’était pas de la conjugaison (ne demandait pas de contact cellule-cellule) ni de la transformation (ajout de DNase n’empêchait pas transfert de matériel génétique, car capside protège l’ADN)
- donc, bactériophage responsable du transfert d’ADN
- 2 types: généralisée et spécialisée
- ADN protégé par capside
- possibilité de transfert à distance (bactériophages peuvent être transportés par micro-courants) et dans le temps
- surtout à l’intérieur de la même espèce, car les bactériophages sont spécifiques à une espèce, ils vont reconnaître leur surface
15
Q
Quelle étape est obligatoire avant la transmission de matériel génétique, peu importe la méthode?
A
La recombinaison.
- permet au bout d’ADN entrant (ADN exogène) d’intégrer le chromosome, pour qu’il soit répliqué lui aussi et hérité par les cellules filles.
- réarrangement du chromosome suite à un échange de matériel génétique entre 2 organismes
- reconnaissance par machinerie enzymatique de séquences similaires entre ADN exogène et chromosome
- couper chromosome et introduire cette séquence
- séquence qui est remplacée est dégradée par la suite
Séquences similaires = espèces apparentées, ancêtre commun près
