Génétique des Micro-organismes

Introduction à la génétique des micro-organismes

• Le sujet porte sur la génétique des micro-organismes.
• Les prérequis incluent l'organisation du matériel génétique des procaryotes et la structure du matériel génétique des virus.
• Les objectifs pédagogiques consistent à identifier les vecteurs biologiques de transfert de matériel génétique, à décrire les différents types de transfert de matériel génétique chez les bactéries, à définir la conjugaison bactérienne, la transduction, et la transformation, et à connaître les applications des mécanismes de recombinaison bactérienne.
• L'intérêt du cours réside dans la compréhension des mécanismes d'échange de matériel génétique chez les micro-organismes.

Introduction

• La transmission des gènes des parents aux enfants (transfert vertical) est différente du transfert horizontal, qui permet à un organisme d'incorporer du matériel génétique d'un autre organisme sans descendance, comme chez les bactéries et les virus.
• Les bactéries ne subissent pas la méiose et font le transfert horizontal de gènes pour combiner des allèles entre différentes bactéries.
• Le transfert horizontal est un phénomène de parasexualité.
• Le transfert mis en évidence chez les bactéries et les virus est important en génie génétique.

I. Recombinaison bactérienne

• 1.1 Vecteurs de recombinaison

  • 1.1.1 Plasmides:
    • Petits anneaux d'ADN circulaires séparés des chromosomes principaux, largement répandus dans les bactéries.
    • Susceptibles d'être répliqués et transmis d'une bactérie à une autre, ce qui permet la transmission de capacités nouvelles comme la résistence aux antibiotiques et à d'autres bactériophages.
  • 1.1.2 Bactériophages (phages):
    • Virus à ADN qui infectent les bactéries, obligeant à parasiter une bactérie hôte pour se reproduire.
    • Deux types:
      • Virulents (lytiques): Répliquent leur génome dans la bactérie et provoquent la lyse en fin de cycle, libérant de nouveaux virions.
      • Tempérés: Intègrent leur génome dans le génome bactérien et se répliquent avec celui-ci (synchrone), formant un prophage. La bactérie infectée est alors dite lysogène. (Twort, 1915)

• 1.2 Mécanismes de recombinaison

  • 1.2.1 Conjugaison bactérienne:
    • Mise en évidence: Expériences de Joshua Lederberg et Edward Tatum (1946) avec des souches bactériennes auxotrophes. Les résultats ont montré un échange d'information génétique entre les bactéries.
    • Expériences de B Davis (1950): L'échange de matériel nécessite un contact entre les bactéries.
    • Expériences de Hayes (1953): Échange unidirectionnel. Les bactéries F+ ("mâles") transmettent un "facteur F" aux bactéries F- ("femelles"), les rendant F+. Le facteur F permet la synthèse de pilis sexuels chez la bactérie donatrice.
    • Définition: Transfert d'ADN (plasmidique ou chromosomique) d'une bactérie donatrice (mâle) vers une bactérie réceptrice (femelle) par contact physiologique direct (pont de conjugaison).
    • Intérêt: Les plasmides conjuguants codent pour diverses fonctions, propres aux bactéries mâles. Leur transfert confère des propriétés nouvelles à la bactérie réceptrice, spécifiquement codées dans les gènes des plasmides transférés.

• 1.2.2 Transduction:

  • Travaux de Lederberg et Zinder (1952): Mise en évidence de la transduction par un phage lytique.
  • Définitions: Transfert d'un petit segment d'ADN d'une bactérie donatrice (lysogène A) à une bactérie réceptrice (lysogène B), sans contact et par l'intermédiaire d'un bactériophage jouant le rôle de vecteur.
    • Transduction généralisée: N'importe quel segment du chromosome bactérien donneur peut être transmis à la bactérie réceptrice.
    • Transduction spécialisée: Transfert limité à certains segments du chromosome donneur dans un contexte précis (exemple phage lambda).

• 1.2.3 Transformation:

  • Observations de Griffith (1928): Mise en évidence du processus par des souches de pneumocoques (bactéries encapsulées, virulente et non encapsulées, non virulentes).
  • Conclusion: Transfert d'un facteur transformant (ADN) de la bactérie R vers la bactérie S, lui donnant la capacité à produire une capsule.
  • Définition: Incorporation d'un fragment d'ADN nu d'une bactérie donatrice dans une bactérie réceptrice sans contact ni vecteur. La bactérie réceptrice doit posséder des protéines de surface pour prendre l'ADN exogène et pénétrer dans les cellules.

II. Recombinaison chez les virus

• II.1 Structure des virus:

  • Un génome (ADN ou ARN)
  • Une capside : Coque protéique entourant le génome
  • Une enveloppe (facultative) entourant la nucléocapside.

• II.2 Matériel génétique des virus:

  • Un seul type d'acide nucléique (ADN ou ARN).
  • Simple brin ou double brin.
  • Linéaire, circulaire ou segmenté.
  • Taille variant selon le type de virus.

• II.3 Mécanisme de recombinaison viral:

  • La recombinaison virale ne peut se produire que lorsque deux virus infectent simultanément une même cellule.

III. Applications

• III.1 Vecteurs artificiels:

  • Exemple : les cosmides
  • Vecteurs artificiels hybrides (phage lambda-plasmides).
  • Se comportent comme des plasmides, avec des sites de restriction permettant l'insertion d'ADN étranger.
  • Grande taille d'insertion d'ADN pouvant atteindre 50kb.
  • Permettent d'incorporer un virus lambda dans leur ADN circulaire, facilitant l'incorporation dans les bactéries plus efficace que les plasmides.

• III.2 Protéines recombinantes:

  • Production par transfert de matériel génétique entre cellules/organismes eucaryotes et bactéries, également entre différentes variétés de bactéries ou entre virus et bactéries/cellules eucaryotes.
  • Utilisations thérapeutiques, incluant des vaccins (ex: contre l'hépatite B) et hormones (ex: insuline).

Conclusion

• Les mécanismes de transformation, conjugaison et transduction permettent à certaines bactéries d'incorporer des informations génétiques d'autres bactéries, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un agent extérieur (virus bactériophage).
• Les gènes étrangers sont intégrés et deviennent partie fonctionnelle du génome de la bactérie hôte.
• Les équipes de recherche utilisent ces mécanismes pour réaliser des manipulations génétiques ayant des applications thérapeutiques.

Ce quiz explore la génétique des micro-organismes en mettant l'accent sur le transfert de matériel génétique. Il aborde des concepts clés tels que la conjugaison, la transduction, et la transformation. Comprenez les mécanismes d'échange de gènes chez les bactéries et leur importance.