Sujet 6 - Génétique bactérienne Flashcards
Décrivez l’échange vertical d’information génétique
entre un « parent » et sa descendance
Décrivez l’échange horizontal d’information génétique
entre deux organismes distincts
Nommez les trois types de la transfert génétique bactérienne
- Transformation
- Conjugaison
- Transduction
Principe de l’expérience de Griffith (3)
- Types morphologiques de pneumocoques (S et R)
- Transformation des pneumocoques de forme R en pneumocoques de forme S
- Agent transformant: l’ADN
Étudie le transfert de la virulence de la bactérie pathogène Streptococcus pneumoniae
Frederick Griffith (1928)
Types morphologiques de pneumocoques - Griffith (2)
- Pneumocoques sauvages encapsulés et virulents (forme S)
- Pneumocoques mutants non capsulés et non virulents (forme R)
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)
Pneumocoques sauvages encapsulés et virulents (forme S)
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)
Pneumocoques mutants non capsulés et non virulents (forme R)
En bref, décrivez les résultats de l’éxperience de Griffith (3)
- Mice with S live S strain = mort
- Mice with R live strain = survie
- Mice with dead S strain = survie
L’expérience de Griffith a montré que les souris traités avec une souche S (virulente) morte et une souche R (non-virulante) vivante ___
died
Décrivez la deuxieme étape de l’éxperience de Griffith: Transformation des pneumocoques de forme R en pneumocoques de forme S (2)
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
Griffith: Il semble que les débris (agent transformant) des pneumocoques S chauffés (non vivants) ___ des pneumocoques R vivants en forme ___.
transforment, S
Agent transformant en génétique bactérienne
ADN
En 1944, Oswald Avery, C.M. Macleod et McCarthy ont démontré que l’___ présent dans les débris des pneumocoques S tués par la chaleur est la seule ___ des colonies rugueuses (pneumocoques R vivants) en colonies lisses (pneumocoques S vivants). Les protéines et les lipides n’ont aucun ___ de transformation.
ADN, classe de molécules qui transforme, pouvoir
La démonstration que l’ADN est l’agent transformant constituait pour la première fois ___ On croyait jusque là que c’était les protéines car elles sont plus complexes que l’ADN.
une preuve que la substance responsable de l’hérédité (gènes) était l’ADN
Processus dans lequel une bactérie receveuse absorbe de l’ADN nu libéré dans le milieu par la lyse, accidentelle ou provoquée, de bactéries donneuses
Transformation bactérienne
Décrivez ce qui se passe lors de l’absorption de l’ADN libéré dans le milieu par les bactéries donneuses
Ces fragments d’ADN absorbés peuvent se recombiner au chromosome de la bactérie réceptrice pour ainsi produire des transformants (recombinants bactériens)
Aptitude de certaines bactéries à absorber des fragments d’ADN libre et de les incorporer dans son génome.
Compétence bactérienne
Nommez les facteurs de compétence bactérienne (3)
- Récepteurs
- Nucléases
- Protéines liant l’ADN simple brin
Paramètres pouvant influencer la compétence bactérienne (4)
- Espèce bactérienne
- Phase de croissance
- Milieux de culture
- Changement rapide de température
Exemples de bactéries compétentes Gram + (2)
- Streptococcus pneumoniae
- Bacillus subtilis
Décrivez les étapes de la transformation bactérienne (4)
- Adsorption de l’ADN (récepteur)
- Entrée de l’ADN (simple brin)
- Recombinaison homologue
- Bactérie transformée
- (transformant ou recombinant)
Importance de la transformation bactérienne (2)
- Génie génétique
- Clonage
Décrivez un exemple de génie génétique (2)
- 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)
Décrivez le clonage
ADN de n’importe quelle origine peut être introduit dans des 13 bactéries en l’insérant dans un plasmide avant transformation
Découverte de J. Lederberg et E. Tatum (1946)
La conjugaison bactérienne
Ils utilisèrent deux souches auxotrophes, présentant plusieurs exigences nutritionnelles différentes (poly-auxotrophes)
Découverte de J. Lederberg et E. Tatum (1946)
Souche A: bio- phe- cys- thr+ leu+ thi+
Souche B: bio+ phe+ cys+ thr- leu- thi-
Découverte de J. Lederberg et E. Tatum (1946)
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)
Découverte de J. Lederberg et E. Tatum (1946) - conjugaison bactérienne
Résultats des groupes témoins (Lederberg et Tatum)
Aucune colonie n’apparaît sur les milieux ensemencés avec des bactéries de la soucheA ou de la souche B (milieu minimal)
Résultats du groupe expérimental (Lederberg et Tatum)
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
Résultats - Découverte de J. Lederberg et E. Tatum (1946)
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
Conclusion - Découverte de J. Lederberg et E. Tatum (1946)
Caractéristiques essentielles
de la conjugaison bactérienne (3)
- Nécessite un contact physique entre les bactéries (B. Davis 1950)
- Présence d’un facteur de fertilité (F) dans les bactéries donneuses (W. Hayes 1952)
- Transfert linéaire de l’ADN (plasmide ou chromosome) de la bactérie donneuse dans la bactérie receveuse F- (E. Wollman et F. Jacob 1957)
Un contact physique entre les deux souches est essentiel pour produire des bactéries prototrophes (recombinants) (Expérience du tube en U)
B. Davis 1950
La conjugaison bactérienne se fait a travers d’un
pilus
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
W. Hayes 1952 - Bactéries receveuses: F- (sans facteur de fertilité)
Lors d’un croissement F+ x F-, les descendants ne sont que rarement modifiés dans leur auxotrophie mais les souches F- deviennent fréquemment F
Bactéries donneuses: F+ (avec un facteur de fertilité F)
Chez les bactéries donneuses F+, le facteur de fertilisation F est sur ___
un plasmide
Les bactéries donneuses transferts des gènes
chromosomiques avec une grande efficacité, mais
ne transforment pas les bactéries receveuses en
cellule F+
Bactéries donneuses: Hfr (haute fréquence de recombinants)
Croissement Hfr x F- donne
Recombinants bactériens
Chez les bactéries donneuses Hfr, le facteur F est integré dans le ___
chromosome bactérien à des sites spécifiques
F’ est issu de l’excision d’un Hfr et d’ADN
chromosomique.
Bactéries donneuses: F’
Bactéries donneuses: F’ - au cours du processus de l’excision, , il arrive que le plasmide fasse une ___ et emporte une portion du chromosome. On l’appelle alors le plasmide F’ car il est génétiquement ___ du plasmide F.
erreur d’excision, distinct
Lors d’un croissement F’ x F-, les descendants F- deviennent fréquemment ___ et integrent l’___ avec le Hfr
F+, ADN ecisé
Sexduction
Conjugaison avec F’
Conjugaison avec F’ = Sexduction, le facteur F se trouve sur un ___
plasmide
E. Wollman et F. Jacob 1957
Transfert linéaire de l’ADN (plasmide ou chromosome) de la bactérie donneuse dans la bactérie receveuse F-
Lors de la conjugaison, dans le transfert linéaire de L’ADN, le chromosome circulaire (___) ou le plasmide F ou F’ de la donneuse est transféré dans la receveuse ___de façon linéaire à partir d’un point spécifique appelé ___ [O] (transfert orienté et progressif
Hfr, F- , origine de transfert
Structure générale du plasmide F (plasmide conjugatif)
petite molécule d’ADN bicaténaire circulaire de 95-100 kpb
Le plasmide F peut etre __ (3)
- Extra ou intrachomosomique (épisome)
- Autoréplicable
- Autotransférable
Plasmide libre ou intégré au chromosome de l’hôte
Episome
L’episome est un élément génétique pouvant se répliquer dans l’un des deux états (2)
- Intégré au chromosome de la cellule hôte (Hfr)
- Libre dans le cytoplasme : plasmide F (F+)
Principaux types de plasmides (6)
- F
- R
- Col
- de virulence
- Production d’antibiotique
- Métabolique
Décrivez le plasmide F
Facteur de fertilité (Escherichia, Pseudomonas, Staphy…)
Décrivez le plasmide R
Résistance aux antibiotiques et autres inhibiteurs
Décrivez le plasmide Col
Production et résistance aux bactériocines (colicine)
Décrivez le plasmide de virulence
enterotoxines, invasion, antigènes,…
Décrivez le plasmide de production d’antibiotique
Streptomycine
Peuvent être conjugatifs (transférables d’une bactérie à une autre durant une conjugaison promue ou non par un autre plasmide)
Plasmides
Conjugaison bactérienne - Mécanisme qui consiste en un transfert ___ et ___ du chromosome bactérien (___) ou du ___de la cellule donneuse à la cellule receveuse (F-) à l’aide d’un ___ entre les cellules (contact initié par le pilus sexuel)
linéaire, unidirectionnel, Hfr, plasmide F, contact direct
Importance la conjugaison bactérienne (2)
- Cartographie du chromosome bactérien à l’aide de la conjugaison bactérienne - Conjugaison interrompu
- Transfert horizontal ou latéral
Principe de la méthode de cartographie par conjugaison continue (
- 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
Cartographie par conjugaison interrompue
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
Bactériophages
Font la transduction bactérienne
Bactériophages
Les phages sont des parasites intracellulaires ___
obligatoires
Types de bactériophages (3)
- Virulents
- Tempérés
- Prophages
Phages virulents: cycle ___
lytique
Phages tempérés: cycle lytique ou cycle ___
lysogénique
Les phages qui lysent (destruction) toutes les bactéries qu’ils infectent sont appelés phages ___
virulents, ex = phages de la série
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
Forme latente du génome viral qui réside dans l’hôte sans le détruire Ex.: Prophage lambda de E. coli
Prophage
L’ADN du phage lambda (prophage) s’intègre par ___ dans un site ___ du chromosome d’___ et y demeure dans un état passif (prophage)
recombinaison, spécifique, E. coli
Bactéries qui possèdent et transmettent à leur descendance le pouvoir de produire des phages en absence d’infection (elles possèdent l’ADN du phage)
Bactéries lysogènes (E. coli (lambda), E. coli (P1))
Cycle lytique (5)
- Attachment
- Entry of phage DNA and degradation of host DNA
- Synthesis of viral genomes and proteins
- Assembly
- Release
Cycles lysogenique (6)
- Attachment
- Injection
- Lysogenie
- ADN viral integre dnas l’ADN de l’hote
- Devient prophage (dormant state)
- Division cellulaire
Définition de la transduction bactérienne - Transfert génétique au cours duquel ___ sont transmis d’une bactérie donneuse à une bactérie receveuse par l’intermédiaire d’un ___ qui agit comme ___ en transportant une portion du chromosome bactérien de la donneuse à la receveuse
un ou plusieurs gènes bactériens, bactériophage transducteur, vecteur
Il existe deux types de transduction
généralisée ou spécialisée
Importance de la transduction bactérienne (généralisée et spécialisée)
Transfert génétique horizontal ou latéral
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.
Transduction généralisée
Comme pour la transformation et la conjugaison, la cinétique de la transduction bactérienne consiste en deux grande étapes:
- 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
Les phages transducteurs ne contiennent pas ___
d’ADN viral !
Cinétique de la transduction généralisée (4)
- Infection phagique des bactéries donneuses
- Erreur lors de l’assemblage des phages (encapsidation) : 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
- Lyse des bactéries donneuses et libération de phages normaux et transducteurs (une minorité possèdent seulement de l’ADN bactérien dans leur capside (Phage transducteurs)
- 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 ___ (après intégration de l’ADN par recombinaison dans le génome de la bactérie réceptrice)
transductant
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
Transduction spécialisée
Cinétique de la transduction spécialisée (5)
- Libération du prophage du chromosome d’une bactérie sauvage lysogène donneuse
- Erreur d’excision du prophage
- Lyse des bactéries donneuses et libération des phages normaux et des phages défectifs
- Infection de bactéries receveuses par des phages normaux/défectifs
- Recombinaison homologue de l’ADN transduit au génome de la bactérie receveuse (transductant)
Lors de la cinétique de la transduction spécialisée, décrivez la 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
Lors de la cinétique de la transduction spécialisée, décrivez l’erreur d’excision du prophage (3)
- 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
Lors de la cinétique de la transduction spécialisée, décrivez la 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)
