Chapitre 4 Génétique Micro-Organismes 2024 KYB PDF

CHAPITRE 4 INTRODUCTION A LA GENETIQUE DES MICRO-ORGANISMES Pr ATTOUNGBRE Dr KONE Epse DAKOURI UP de Biochimie, Biologie moléculaire et Biologie de la Reproduction  Prérequis Organisation du matériel génétique...

CHAPITRE 4 INTRODUCTION A LA GENETIQUE DES MICRO-ORGANISMES Pr ATTOUNGBRE Dr KONE Epse DAKOURI UP de Biochimie, Biologie moléculaire et Biologie de la Reproduction  Prérequis Organisation du matériel génétique des procaryotes Structure matériel génétique des virus 2  Objectifs pédagogiques Citer les vecteurs biologiques de transfert de matériel génétique Décrire les différents types de transfert de matériel génétique chez les bactéries Donner la définition de la conjugaison bactérienne Donner la définition de la transduction Donner la définition de la transformation Connaître les applications des mécanismes de recombinaison bactérienne 3  Intérêt du cours Comprendre les mécanismes permettant les échanges de matériel héréditaire chez les micro-organismes 4  Introduction Transmission de gènes des parents vers les enfants : Transfert « vertical » héréditaire (Recombinaisons inter et intra chromosomiques créent diversité génétique) Organisme peut incorporer le matériel génétique d’un autre organisme qui n’est pas son ascendant (hors contexte de la reproduction sexuée) : Transfert horizontal C’est le cas particulier des bactéries et des virus. Les bactéries ne font pas de méiose. Elles subissent le transfert horizontal de gènes qui va permettre de combiner différents allèles entre différentes bactéries. 5  Introduction Transfert horizontal est observé chez ces micro-organismes lors de phénomènes décrits sous le vocable général de parasexualité (Pontecorvo, 1958). Transferts mis en évidence chez les bactéries et les virus sont d’un intérêt particulier en génie génétique. 6  Plan Introduction I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.1. Vecteurs de recombinaison I.2. Mécanismes de recombinaison II. RECOMBINAISON CHEZ VIRUS II.1. Structure des virus II.2. Matériel génétique des virus II.3. Mécanisme de recombinaison virale III. APPLICATIONS RECOMBINAISON III.1. Vecteurs artificiels III.2. Protéines recombinantes Conclusion 7  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.1. Vecteurs de recombinaison I.1.1. Plasmides Petits anneaux d'ADN circulaires séparés des chromosomes principaux et largement répandus dans les bactéries 8  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.1. Vecteurs de recombinaison I.1.1. Plasmides Susceptibles d’être répliqués puis transmis d’une bactérie à une autre. Ce processus peut permettre à une bactérie de transmettre à une autre des capacités nouvelles : Résistance aux antibiotiques Résistance à divers bactériophages 9  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.1. Vecteurs de recombinaison I.1.2. Bactériophages (phages) (Twort, 1915 Virus à ADN qui infectent les bactéries Doivent obligatoirement parasiter une bactérie hôte pour se reproduire Il existe deux types de bactériophage : Phage virulent, ou « lytique » : Réplique son génome dans la bactérie et provoque la lyse en fin de cycle, libérant les nouveaux virions. Phage tempéré : Intègre son génome dans le génome bactérien et il se réplique avec lui de manière synchrone (en même temps). Bactérie infectée par phage tempéré : bactérie lysogène, conserve de génome du phage sous forme de prophage. 10  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.1. Vecteurs de recombinaison I.1.2. Bactériophages (phages) Structures bactériophage T4 11  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.2. Mécanismes de recombinaison I.2.1. Conjugaison bactérienne : Mise en évidence Expériences Joshua Lederberg et Edward Tatum (1946) chez E. coli o 2 souches de bactéries auxotrophes pour certains nutriments Souche A (Phénylalanine-, biotine-, leucine+, thiamine+, thréonine+) Souche B (Phénylalanine+, biotine+, leucine-, thiamine+, thréonine-) o Milieu de culture exempte des 5 nutriments o Absence de production de colonies si 2 souches étalées séparément o Présence de production de colonies si 2 souches étalées ensemble o Conclusion : Échange d’information génétique entre bactérie A et bactérie B. 12  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.2. Mécanismes de recombinaison I.2.1. Conjugaison bactérienne : Mise en évidence Expériences Joshua Lederberg et Edward Tatum (1946) chez E. coli 13  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.2. Mécanismes de recombinaison I.2.1. Conjugaison bactérienne : Mise en évidence Expériences de B Davis (1950) : Échange de matériel nécessite un contact entre les bactéries. 14  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.2. Mécanismes de recombinaison I.2.1. Conjugaison bactérienne : Mise en évidence Expériences de Hayes (1953) : Échange est unidirectionnel Episome ou facteur F : Facteur génétique conditionnant « sexe » bactérien Lorsque le facteur F est libre dans le cytoplasme : ✓ Bactéries F+ (considérées comme mâles) transferent leur facteur F aux bactéries F- (fertilité négative) qui deviennent F+ Bactéries F+ : bactéries donneuses Bactéries F- : bactéries receveuses Le facteur F permet la synthèse de pilis sexuels chez la bactérie donatrice 15  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.2. Mécanismes de recombinaison I.2.1. Conjugaison bactérienne : Mise en évidence Expériences de Hayes (1953) : Conjugaison F+ x F- 16  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.2. Mécanismes de recombinaison I.2.1. Conjugaison bactérienne : Mise en évidence Expériences de Hayes (1953) : Facteur F lié au chromosome bactérien chez certaines bactéries F+ : Bactéries Hfr (Bactéries à hautes fréquence de recombinaison) Bactéries Hfr : Capables de transférer aux bactéries F- du matériel génétique (ADN chromosomique) autre que facteur F. Bactéries F- demeurent toujours F- mais possèdent des caractéristiques des Hfr Exemple : souche (A) : T+ L+ B1+ Ph- B- Souche (C) : T+ L+ B1+ Ph+ B+ souche (B) : T- L- B1- Ph+ B+ recombinée 17  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.2. Mécanismes de recombinaison I.2.1. Conjugaison bactérienne : Mise en évidence Expériences de Hayes (1953) : Conjugaison Hfr x F- 18  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.2. Mécanismes de recombinaison I.2.1. Conjugaison bactérienne : Définition Transfert d’ADN (d’origine plasmidique ou chromosomique) d’une bactérie donatrice « mâle » à une bactérie réceptrice « femelle » par contact physiologique direct (pont de conjugaison) et transitoire entre les deux bactéries. 19  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.2. Mécanismes de recombinaison I.2.1. Conjugaison bactérienne : Intérêt Plasmides conjuguant codent pour diverses fonctions Présents chez les bactéries mâles, absents chez les bactéries femelles. Leur transfert confère à la bactérie réceptrice des propriétés nouvelles, spécifiquement codées par les gènes des plasmides transférés. 20  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.2. Recombinaison chez les bactéries I.2.2. La transduction : Mise en évidence Travaux de Lederberg et Zinder (1952) : Bactériophage lytique 21  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.2. Recombinaison chez les bactéries I.2.2. La transduction : Mise en évidence Travaux de Lederberg et Zinder (1952) : Bactériophage tempéré (phage P) 22  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.2. Recombinaison chez les bactéries I.2.2. La transduction : 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 chromosomique bactérien donneur peut être transmis à la bactérie réceptrice Transduction spécialisée : Transfert limité à des segments spécifiques du chromosome donneur (Exemple phage Lambda ne transférer que la locus « galactose » d’E. coli) des cellules donneuses aux receveuses. 23  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.2. Recombinaison chez les bactéries I.2.3. La transformation : Mise en évidence Observations de Griffith (1928) : 2 types phénotypiques de pneumocoques (bactéries responsables de pneumonie) Phénotype S : Bactérie encapsulée, virulente Phénotype R : pas de capsule, non virulente 24  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.2. Recombinaison chez les bactéries I.2.3. La transformation : Mise en évidence Observations de Griffith (1928) : Conclusion : Transfert d’un facteur transformant la bactérie R en bactérie S Facteur transformant = ADN (Avery, McLeod et McCarthy (1944). 25  I. RECOMBINAISON BACTERIENNE I.2. Recombinaison chez les bactéries I.2.3. La transformation : Définition Incorporation d’un fragment d’ADN nu d’une bactérie donatrice dans une bactérie réceptrice sans contact entre elles ni vecteur. Bactérie réceptrice : cellule compétente possédant la capacité à laisser entrer de l’ADN exogène (doit porter des protéines de surface qui se lient à l’ADN exogène et le font pénétrer dans les cellules). 26  II. RECOMBINAISON VIRUS II.1. Structure des virus Un génome : (acide nucléique) ARN ou ADN Nucléocapside Une capside : Coque protéique entourant le génome (obligatoire) Une enveloppe = Entoure la nucléocapside (facultative). 27  II. RECOMBINAISON VIRUS II.2. Matériel génétique des virus Un seul type d’acide nucléique : ADN ou ARN Simple brin ou double brin Forme : linéaires, circulaires ou segmentés La taille varie selon le virus 28  II. RECOMBINAISON VIRUS II.2. Matériel génétique des virus Virus à ADN 29  II. RECOMBINAISON VIRUS II.2. Matériel génétique des virus Virus à ARN 30  II. RECOMBINAISON VIRUS II.3. Mécanisme de recombinaison viral Recombinaison virale ne peut se produire que lorsque deux virus infectent simultanément une même cellule. Processus de recombinaison chez les rétrovirus. 31  III. APLLICATIONS 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. La taille des fragments insérables peut atteindre 50 kb un site cos d'un virus lambda a été inclus dans leur ADN circulaire ce qui permettra au cosmide d'être empaqueté dans la tête d'un virus lambda. Incorporation dans les bactéries plus efficace que pour les plasmides. 32  III. APLLICATIONS III.2. Protéines recombinantes Production de protéines recombinantes par Transfert de matériel génétique cellules organismes eucaryotes à bactéries Transfert de matériel génétique entre divers variétés de bactéries Transfert de matériel génétique de virus à bactéries ou cellules eucaryotes Protéines recombinantes utilisées en thérapeutique : Vaccins : Vaccin contre virus de l’hépatite B Hormones : Insuline 33  Conclusion Mécanismes de transformation, conjugaison ou transduction permettent à certaines bactéries d’incorporer à leur propre programme génétique des informations fournies par des bactéries étrangères, soit directement, soit par l’intermédiaire d’un agent extérieur (virus bactériophages). Gènes étrangers sont intégrés et deviennent partie fonctionnelle du génome de la bactérie hôte. De nombreuses équipes de recherche ont entrepris d’utiliser ce type de phénomène pour se livrer à des manipulations génétiques qui ont des applications en thérapeutique. 34