Microbio - Génétique microbienne Flashcards
Rappel:
étapes de synthèse de protéines (3)
1) réplication
2) transcription
3) traduction
3 modes de résistances aux antibiotiques
1) Altération de la perméabilité
(antiobio ne peut pas entrer dans la cell)
2) Modification/Destruction de l’antibio
3) Modification/ Changement de la cible
Quelles sont les cibles possibles des antibiotiques? (11)
- membrane
- synthèse ATP
- biosynthèse acide folique
- paroi
- synthèse protéines
(sous-unité 50S ribosome) - synthèse protéines
(sous-unité 30S ribosome) - Facteur d’élongation EF-G
- Isoleucine aminoacyl ARNt synthétase
- Polymérase ARN
- Fragmente l’ARN
- Gyrases à ADN
Rappel:
sous quelles formes sont le matériel génétique d’une bactérie? (2)
- un seul chromosome circulaire
- plasmide
Nucléoïde
= structure qui assure un empaquetage compact du matériel génétique
compte tenu du fait que les bactéries n’ont pas de noyau
Plasmides - Caractéristiques
= élémnets extra-chromosomiques
- peuvent se répliquer de façon indépendante
- molécules circulaires bihélicales
- plus petites que le chromosome
- 1à 1000 kila paires de bases
- ne codent PAS pour des fct essentiels
Informations pouvant être portées par les plasmides (3)
= infos pouvant donner un avantage à la bactérie hôte
- Résistance aux antibiotiques.
- Capacité métabolique supplémentaire.
- Facteur favorisant l’infection.
Génome des bactéries:
taille moyenne d’une cell et taille moyen de l’ADN
1,4 mm d’ADN dans une cellule de 1-3 μm
** à remarquer que ADN bcp plus grand que cell en soi donc preuve que l’‘ADN est sous forme compacte
Si une bactérie a un petit génome, cela la force à quoi?
Un plus petit génome
force la bactérie à dépendre
plus des facteurs de
l’hôte pour sa reproduction.
en gros, les bactéries autonomes ont donc des + gros génomes que les parasites
Comment les bactéries se divisent?
par fission binaire
Répartition égale des
copies du chromosome
entre les cellules filles
Lors de la fission binaire, il y a répartition égale des copies du chromosomes entre les cell filles, qu’en est-il des plasmides?
la répartition du/des plasmide(s) n’est pas tjrs équitable entre les cell filles
En conditions optimales, le temps de génération (cycle complet de fission binaire) d’E. Coli est de cb de temps?
environ 20 min
Concept fondamental en génétique bactérienne
Afin de minimiser ses dépenses énergétiques, la bactérie n’active un système que si elle en a besoin. Ainsi, les bactéries évitent de synthétiser les enzymes d’un sentier métabolique en absence du substrat mais elles sont toujours prêtes à produire ces enzymes si le substrat apparaît dans l’environnement.
(économie d’énergie)
3 types de régulations
+ exemples de modes d’action
1) Changement dans la séquence d’ADN
- amplification de gène
- réarrangement (mutations)
2) Changement dans le nb de transcrits (aka régulation transcriptionelle)
- activateurs/represseurs
3) Changement dans la qté de produit de gène actif (aka régulation post-transcriptionnelle) - ajout cofacteur/groupe protétique - clivage protéolytique - intéractions avec macromol.
Définition de promoteur
= séquence d’ADN située en amont d’un gêne et qui permet la transcription du gène en ARNm
- nécessaire pour starter transcription
- reconnu par ARN polymérase
Définition d’opérateur
= séquence d’ADN adjacente à un gène et qui permet à une prot. régulatrice (répresseur/activateur) de contrôler la transcription
Définition - répresseur
=protéine inhibant la transcription d’un gène
- se lie à une séquence spécifique
Définition - Activateur
= protéine qui stimule la transcription d’un gène
- reconnaissent une séquence spécifique
Régulation du gène tetB - Action sans tétracycline
gène tetB
= permet aux bactéries de résister à la tétracycline
gène tetR
= gène represseur qui contrôle le tetB
En absence de trétracycline, la protéine du répresseur (R) est produite et vient bloquer le promoteur de tetB, ainsi que son propre promoteur (pour s’autoréguler), ce qui a pour effet d’empêcher la transcription des DEUX gènes
Régulation du gène tetB - Action avec tétracycline
En présence de tétracycline, cet antibiotique vient se complexer à la protéine du répresseur la rendant ainsi incapable de bloquer le promoteur de tetB, ce qui a pour effet de permettre la transcription et ultimement la traduction qui permettra la production de la protéine TetB (une pompe à efflux) responsable de la résistance à la tétracycline.
La régulation des gènes est un processus actif ou inactif? Elle nécessaite de se faire quand la bactérie est dans quel état?
La régulation (et l’autorégulation) des gènes est ordinairement un processus actif qui exige que la cellule soit dans un état métabolique actif. Ainsi, la régulation sera plus rapide durant la phase de croissance exponentielle des bactéries que durant les phases de latence et de plateau ou de décroissance.
Stratégies développées par les bactéries pour contrôler activation/inactivation des gènes
-La régulation transcriptionnelle simple
(contrôle + ou -)
- Le regroupement de gènes adjacents dans un opéron
- Le contrôle de plusieurs gènes non contigus dans un régulon
- Le contrôle de plusieurs gènes non contigus dans un stimulon
- La régulation au niveau traductionnel
Définitions de régulation:
- simple
- dans opéron
- dans régulon
- dans stimulon
Régulation simple:
Un promoteur pour contrôler un gène.
Régulation dans un opéron:
Un seul promoteur pour contrôler plusieurs gènes adjacents.
Régulation par un régulon:
Une seule protéine régulatrice (répresseur/activateur) pour
contrôler plusieurs gènes situés à différents endroits dans le génome.
Régulation par un stimulon:
Le contrôle de plusieurs gènes non contigus par un même
Les processus d’autorégulation sont-ils fréquents chez les bactéries?
oui
Mutation
= modification dans la séquence de nucléotides de l’ADN
- se transmet de cell mère en cell fille
2 types de mutations + explications de chaque
SPONTANÉES
- causées par action de radiations naturelles ou erreurs de réplication
- peu fréquentes
INDUITES
- causées par plusieurs agents physiques, chimiques et bio (aka agents mutagènes)
- bcp + fréquent
Altérations possibles de l’ADN (5)
—- Délétions ou insertions de nucléotides
—- Substitutions de nucléotides
- silencieuses
pas d’effet
- mauvais sens
(défectueuse)
- non-sens
(incomplète)
Phénotype
= propriétés observables des mutants
Exemple de phénotype:
mutation causant une imperméabilité à un antbio
l’altération de cet antibiotique ou de sa cible, provoquera un phénotype de résistance à cet antibiotique
Qu’est-ce que les phénotypes peuvent affecter chez les bactéries? (5)
- La motilité
- La présence d’une capsule
- L’apparence des colonies
- Les éléments nutritionnels requis
- la résistance
Que veut dire un phénotype, non seulement observable, mais aussi SÉLECTIONNABLE?
= propriété permettant aux mutants sélectionnables d’avoir un avantage sur les autres bactéries dans un environnement ayant des conditions dites sélectives
il y a donc un effet sur une population
Effet sur la population s’il y a présence de mutants résistants dans un environnement où un antiobiotique est administré
Dans une population bactérienne exposée à une concentration d’antibiotique telle qu’elle exerce une pression sélective, les mutants résistants pourront croître plus rapidement que les parents sensibles et bientôt les remplacer pour former la majorité de la population.
**voir graphique diapos 56 à 58
De quoi dépend la sélection par antibiotiques (mutants vs non-mutants)?
de la concentration d’antibio
à partir d’un X concentration, les non-mutants ne peuvent plus survivre et donc c’est particulièrement à ce moment que comment la “fenêtre de sélection” et ce, jusqu’à ce que la concentration max d’antibio qui permet la croissance des mutants soit atteinte
**note: la sélection peut commencer avant la concentration max des non-mutants
La pression sélection crée les mutations. V/F
ATTENTION, la pression sélective ne crée pas la mutation. La mutation est survenue au hasard et elle existait déjà avant que la pression sélective ne s’exerce
Les mutations provoquent aussi des effets néfastes. Comment est-il possible de diminuer ces dommages accidentels?
par l’utilisation de systèmes de réparation efficaces qui sont importants pour la survie des bactéries
5 groupes de systèmes de réparation possible de l’ADN bactérien
- La réparation directe de l’ADN
- La réparation par excision
- La réparation par recombinaison
- La réponse SOS
(peut stimuler le transfert de gènes) - La réparation sujette à erreur
(peut induire des mutations)
Qu’est-ce qui peut aussi activer les systèmes de réparation?
action de certains antibios
bêta-lactamines
quinolones
à faible concentration
Comme les bactéries n’ont pas de reproduction sexué, quelle est leur alternative?
échange d’infos génétiques entre les celle
3 mécanismes d’échange d’infos génétiques
1) transformation
2) conjugaison
3) transudction
Comment le mécanisme de transformation a-t-il été découvert? + Description du mécanisme
Les bactéries ayant une capsule forment des colonies qui présentent une morphologie “smooth” (S) sur gélose et elles peuvent tuer les souris qu’elles infectent. À l’inverse, les bactéries non capsulées forment des colonies ayant une morphologie “rought” (R) et ne peuvent tuer les souris. Pourtant, un mélange de bactéries S tuées avec des bactéries R vivantes est létal. L’isolement des bactéries du mélange létal a permis d’observer que les bactéries R avaient été transformées en bactéries S. Par la suite, il a été découvert que le principe transformant était l’ADN libéré par les bactéries S tuées.
Compétence - Définition
= capacité qu’ont certains cellules à être transformées par de l’ADN externe
Comment est-il possible d’acquérir cette compétence?
- exposition à des agents chimiques (CaCl2)
- agents physiques
(décharge électrique) - déjà là de façon naturelle
4 bactéries qui ont déjà la compétence de façon naturelle
- Bacillus sp.
- Haemophilus influenzae
- Neisseria sp. (gonocoque, méningocoque)
- Streptococcus pneumoniae (pneumocoque)
Donc, l’acquisition de résistance à un antibio ou d’un facteur rendat une infection virulente est-elle faisable?
oui
Transformation
entre 2 bactéries d’une même espèce vs entre 2 bactéries d’espèces différentes
La transformation est beaucoup plus efficace entre bactéries d’une même espèce qu’entre bactéries d’espèces différentes.
Mécanisme de conjugaison
= échange de matériel génétique qui ressemble le plus à un échange de type sexuel
- nécessite un contact cellule-cellule
- échange unidirectionnel
(de “mâle” à “femelle”) - gênes transférés sont codés par des plasmides conjugatifs
le + connu des plasmides conjugatifs
facteur de fertilité F du E. coli
Plasmides conjugatifs de type R
= plasmides de résistance aux antibio
Plasmides conjugatifs de type R sont observés chez
gram +, gram - ou les deux?
Quelle est la particularité de la conjugaison chez les bactéries Gram+ ?
- bactéries gram -
ET - bactéries gram +
(streptococcus, clostridium)
la conjugaison chez les Gram + utilise un mécanisme distinct du pili sexuel afin d’assurer le « rapprochement » entre les cellules bactériennes donatrice et réceptric
Est-il possible de transférer des plasmides non conjugatifs? Si oui, comment?
Certains plasmides non conjugatifs peuvent aussi être transférés en même temps que le plasmide conjugatif par un mécanisme appelé mobilisation.
Expliquer le fonctionnement de la conjugaison
la cell donatrice fait passer son plasmide conjugatif vers la cell réceptrice par son pili sexuel
la conjugaison se fait-elle entre différentes espèces de bactéries?
oui
Mécanisme de transduction
= transfert de gènes médié par les bactériophages
=le transfert d’ADN bactérien d’une cellule à une autre par l’intermédiaire d’une infection par un bactériophage
Bactériophages
- virus parasites
- utilisent la machinerie cellulaire de l’hôte pour faire reproduire leur enveloppe protéique et leur matériel génétique (ADN ou ARN de phage)
- ont 3 cycles de vie possibles
3 cycles de vie des bactériophages
- lytiques
- lysogéniques
- chroniques
**un phage peut faire plusieurs cycles
Cycle de vie lysogènique
- c’est quoi
- fonctionnement
= entrer dans la cellule sans la détruire et intégrer leur
matériel génétique dans le génome bactérien où il sera
répliqué comme une partie intégrante du chromosome
FONCTIONNEMENT
Lors de la lysogénisation, le
matériel génétique du phage (trait plein) s’intègre dans le chromosome (trait ouvert) de la bactérie et y est répliqué en même temps que le chromosome sans affecter l’hôte qui contribue ainsi à
propager l’ADN du phage.
**diapo 72
Comment appelle-t-on un phage qui est capable de lysogénie?
phage tempéré
Cycle de vie lytiques
= entraine la mort des cell bactériennes
FONCTIONNEMENT
un événement vient rompre le cycle lysogénique en permettant à l’ADN du phage de s’exciser du chromosome de l’hôte. Par la suite en B, de nouvelles particules de phage sont produites et sont libérées entrainant la lyse cellulaire et
la mort de la bactérie dans le
cadre du cycle lytique.
Comment appelle-t-on des phages uniquement capable de croissance lytique?
phage virulent ou phage strictement lytique
Cycle de vie chronique
Certains bactériophages sont capables de sortir de la cellule bactérienne sans la lyser. Ces phages sont dit chroniques car bien qu’ils infectent la bactérie de manière chronique, ils
peuvent se reproduire sans tuer la bactérie
Contenu d’un empaquetage optimal du génome du phage
100% du matériel de phage
Transduction spéacialisée
= création d’un génome hybride phage-bactérie
- excision impropre du génome de l’hôte qui sera ensuite empaqueté dans le phage
- rare
- le “nouveau” phage peut se propager
Transduction généralisée
= empaquetage accidentel de fragments de l,höte uniquement dans le phage
- plus fréquent que la transduction spécialisée
- ne peut PAS se propager
(infos pour nouvelles capsides absentes)
5 gènes transférables par transduction
- la toxine de Corynebacterium diphteriae
- l’entérotoxine de certaines souches de E. coli
- la toxine du streptocoque (S. pyogenes) responsable de la scarlatine
- certaines toxines de Clostridium botulinum
- certains gènes de résistance aux bêta-lactamines chez les Pseudomonas
Transposition
= mvts de segments d’ADN à l’intérieur d’une même cell
- nécessite une proximité intracell
- peut se faire entre différents éléments génétiques susceptibles d’être présents simultanément dans une même cell
Exemple d’éléments génétiques dans une bactérie qui peuvent faire des transpositions
Chromosome position A
à
Chromosome position B
Chromosome 1
à
Chromosome 2
Chromosome à Plasmide Chromosome à Phage Plasmide à Phage Plasmide A à Plasmide B Phage A à Phage B
3 classes de transposons
- les séquences d’insertion (IS)
- les transposons complexes (composites avec IS + autres gènes)
- les phages transposables
- Rétrotransposons (intermédiaire ARN impliqué dans la transposition)
Caractéristiques des transposons complexes
ont une importance médicale considérable car ils peuvent encoder à l’intérieur de leur région centrale, des gènes de toxines ou de résistance aux antibiotiques.
Intégrons
=éléments génétiques qui recrutent des gènes de résistance et les intègrent les uns à la suite des autres devant des promoteurs forts assurant l’expression de multiples gènes simultanément
- système pour faciliter la récolte et l’expression de nouveaux gènes potentiellement utiles
- peuvent être dans transposons complexes et dans plasmides
2 systèmes des restriction des échanges
but: permet au bactéries de conserver leur spécificité génétique, protéger contre l’invasion d’ADN étrangers
- système de restriction-modification de classe II
- système CRISPR/Cas
Composition et fonctionnement du système de restriction-modification de classe II (2)
composante #1
= enzyme appelée méthylase qui va modifier l’ADN de l’hôte à certaines séquences spécifiques pour le protéger d’une digestion éventuelle par la seconde composante
composante #2
= nucléase de restriction qui va détruire l’ADN étranger non méthylé, restreignant ainsi l’entrée du nouveau matériel génétique
Fonctionnement du système CRISPER/Cas
1) quand nouveau phage infecte une bactérie, le système Crisper incorpore un bout du génome du phage pour la garder en “mémoire” et ainsi avoir un “répertoire” des infections passées
2) les séquences récoltées son transcrites, ce qui donnent des ARN Crisper
3) ARN Crisper patrouillent dans la bactérie à la recherche de phages connus
4) Si phage reconnue: la prot. cas va couper l,ADN étranger (donc arrêt de l’infection)
quel système de restriction des échanges est le plus spécifique?
crisper
Flore d’un bébé né
- par voie vaginale
- par césarienne
Les premiers bons microbes du bébé lui sont transmis lors de l’accouchement
La naissance par voie vaginale ou par césarienne affecte la flore du bébé
Des recherches sont en cours pour « renaturaliser » le microbiote des bébés nés par césarienne
Pourquoi l’administration repetée d’antibiotiques favorise la résistance?
1) Il y a toujours un peu de
bactéries résistantes
dans une population
2)présence d’un antibiotique, les bactéries résistantes vont être sélectionnées et donc survivre pour éventuellement dominer dans la population, rendant ainsi l’antibiotique inefficace
+ des antibio sont donnés, plus il y a survie de bactéries résistantes
Comment la résistance aux antibio peut-elle se répandre dans une population?
par voies directes et indirectes, entre individus et animaux
**Notes: bcp d’antibio sont données aux animaux consommés, ce qui contribue à la résistance
La qté d’individus traités a-t-elle un impact sur la résistance?
oui
Existence de barrières à l’échange des gènes de résistance
bactéries dans le sol
vs
bactéries chez l’humain
dans le sol:
moins de mobilité, moins de sélection
chez l’humain:
plus de mobilité, plus de sélection
donc
Moins de 0.1% des gènes de résistances retrouvés dans les bactéries
du sol se retrouvent dans les bactéries isolées chez l’humain
produits pharmaceutiques
synthétisés par les bactéries et d’autres types de cellules
- l’hormone de croissance humaine
- l’insuline humaine
- l’alpha-1-antitrypsine humaine
- l’érythropoïétine humaine
- la DNase humaine
- l’activateur du plasminogène humain
- le vaccin contre l’hépatite B
- des anticorps monoclonaux humanisés
En général, l’identification d’une bactérie prend cb de temps?
2 à 3 jours avec les techniques basées sur les critères morpho, biochimiques et métaboliques utilisées de nos jours
Dx par PCR
Avec les technologies génétiques comme l’amplification en chaîne par la polymérase (PCR), on prévoit que d’ici quelques années, l’identification des bactéries et de leurs gènes de résistance ne prendra que quelques heures
