Chapitre Génétique Bactérienne et Virale (PDF)

UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGI E HOUARI BOUMEDIENE FACULTE DES SCIENCES BIOLOGIQUES Cours de Génétique: Génétique bactérienne et virale 2ème année licence SNV BOULDJENNET Faiza, MESSAILI Chahinez et...

UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGI E HOUARI BOUMEDIENE FACULTE DES SCIENCES BIOLOGIQUES Cours de Génétique: Génétique bactérienne et virale 2ème année licence SNV BOULDJENNET Faiza, MESSAILI Chahinez et CHEMLLAL Radia, Année universitaire 2023-2024 Plan Introduction à la génétique bactérienne I. Notions sur les bactéries I. 1.Génome I.2. Pili sexuels I.3. Reproduction I.4.Culture in vitro II. Notions sur les Virus II.1. Morphologie et structure II.2. Génome II.3. Cycle viral (Cycles lytique et lysogénique) III. Variabilité génétique chez les virus et les bactéries III.1. Variabilité génétique chez les bactéries III.1.1. Les mutations III.1.2. Le transfert horizontal du matériel génétique (parasexualité) a) La transformation b) La conjugaison (F+ X F-, Hfr X F- et F’X F-) c) La transduction (généralisée et spécialisée) III.2. Variabilité génétique chez les virus III.2.1. Les mutations III.2.2. La recombinaison génétique III.2.3. Le réassortiment génétique Introduction à la génétique bactérienne ✓ Les recombinaison peuvent résulter du réarrangement de séquences déjà existantes ou de l’insertion du matériel exogène. ✓ Chez les eucaryotes, des recombinaisons chromosomiques lors du cycle cellulaires (mitose et méiose) conduisent à des réarrangements des séquences déjà existantes. ✓ Chez les bactéries, du matériel génétique étranger (bactérien, plasmidique ou phagique) peut être introduit lors des événements de conjugaison, transduction et transformation. Ce matériel peut rester dans le cytoplasme ou être intégré dans le chromosome bactérien. Lors des ces phénomènes, le chromosome bactérien peut être modifié par la recombinaison chromosomique. ✓ Les bactéries sont des micro-organismes unicellulaires ayant une structure procaryote typique : absence d'un noyau limité par une membrane, d’organites, de cytosquelette et de structures membranaires internes. Notions sur les bactéries Génome Le nucléoïde : région de forme irrégulière renfermant le chromosome bactérien et des protéines de repliement de l’ADN (NAP : Nucleoid Associated Protein). Chez la plupart des bactéries, le nucléoïde est diffus dans le cytoplasme sans être séparé des autres composants du cytoplasme par une membrane. La plupart des bactéries ont un chromosome unique d’ADN double brin circulaire. Boucles géantes d’ADN superenroulé qui s’étendent à Coupe fine d’une cellule d’E. coli en division partir d’un échafaudage protéique (MET) les zones rouges représentent les nucléoïdes des cellules filles Notions sur les bactéries Génome Beaucoup de bactéries possèdent des molécules d’ADN extra-chromosomique, le plus souvent, circulaires appelées plasmides. ✓ présents en une seule ou plusieurs copies par cellule. ✓ Non indispensables à la survie cellulaire mais ils confèrent un avantage sélectif et adaptatif pour les bactéries hôtes (virulence, résistance aux antimicrobiens…). ✓ Se répliquent indépendamment du chromosomes, ce sont des réplicons mais Micrographie électronique d' E. Coli (l'ADN et les certains, les épisomes, peuvent s’intégrer dans plasmides). (Gracieuseté de Huntington Potter et David Dressler, Harvard Medical School.) le chromosomes et se répliquer avec lui. https://www.biology-pages.info/P/plasmids.png Notions sur les bactéries Pili sexuels Certaines bactéries possèdent des pili sexuels. Les pili sexuels interviennent dans la reconnaissance entre bactéries au cours du phénomène de conjugaison (transfert de matériel génétique entre bactéries par contact). L’extrémité renflée des pili peuvent fixer certains phages qui injectent leur chromosome par le canal du pili. Les pili sont déterminés génétiquement par des plasmides conjugatifs. https://www.easybiologyclass.com/wp-content/uploads/2017/05/Difference- between-Flagella-and-Fimbriae.jpg Notions sur les bactéries Reproduction La plupart des bactéries se reproduisent par scissiparité. Notions sur les bactéries Culture in vitro Les bactéries se développent soit dans du milieu de culture liquide soit sur des milieux de culture semi-solides ou solides. Si les composants nutritifs du milieu de culture sont très simple, le milieu est appelé milieu minimum. ✓ la composition du milieu est la suivante: Milieu minimum : eau+ sels minéraux + sucre (glucose le plus souvent). Pour ce développer sur un tel milieu, une bactérie doit être capable de synthétiser tous les facteurs de croissance, composés organiques essentiels (AA, les bases azotés, les vitamines, les sucres et les acides gras). La bactérie est appelé prototrophe et on dit qu’elle est sauvage. En revanche, si la bactérie perd, par mutation, la capacité de synthétiser un ou plusieurs composés organiques, elle devient auxotrophe (souche mutante). Par opposition à la souche prototrophe, la bactérie auxotrophe pour qu’elle puisse se développer, le composé organique en question doit être ajouté en supplément au milieu minimum. Un milieu supplémenté de manière multiple est appelé milieu complet. Sur un milieu de culture, une cellules bactérienne (invisible à l’œil nu) se divisent pour donner des centaines de millions voire des milliards de bactéries formant une population homogène: la colonie bactérienne, visible à l’œil nu. Culture d’E. coli sur milieu de culture gélosé Mac Conkey Notions sur les virus Virus: groupe d’agents infectieux à organisation acellulaire simple et mode de multiplication particulier. Par opposition aux procaryotes et eucaryotes, les virus sont des acaryotes (organismes dépourvus de noyaux, d’organites et de métabolisme). Infectent tous les types cellulaires: ✓ les procaryotes: les virus infectant les bactéries sont nommés bactériophages; ✓ les cellules eucaryotes. Responsables de nombreuses maladies chez l’homme, parfois mortelles, et de nouveaux virus sont continuellement découverts (Sars-Co.V-2). Classés en plusieurs familles selon le ICTV (International Committee for the Taxonomy of Viruses), sur la base de leurs morphologies, génomes, cycle viral et parenté génétique. Existent sous deux formes: ✓ Extracellulaire: inactifs, incapables de se multiplier indépendamment de cellules vivantes, ayant peu ou pas d’enzymes. ✓ Intracellulaire: se comportent comme des acides nucléiques en réplication, qui profitent des cellules hôtes pour synthétiser des composants viraux, à partir desquels de nouveaux virions s’assemblent pour être finalement libérés. Notions sur les virus Génome Génome viral: 4 types d’acides nucléiques possibles (ADNdb, ADNsb, ARN db et ARN sb) linéaire ou circulaire. La taille des génomes viraux varie fortement: 4.000 à 1,2 x 106 nucléotides (les mimivirus). Certains virus à ARN ont des génomes segmenté, le plus souvent chaque segment code pour une protéine. Généralement tous les segments se trouvent dans une seule capside, parfois ils sont répartis dans plusieurs virions (Virus de la grippe: 7-8 segments d’ARN). Virus de la grippe. 7 à 8 nucléocapsides flexibles Notions sur les virus Morphologie et Structure Deux types de virus: enveloppés et nus Virion= particule virale complète. La taille des virions est comprise entre 100 et 400 nm de diamètre. Les virions les plus simples sont fait d’une capside Complexe capside Hélicoïdale capside Icosaédrique nucléocapside: acide nucléique (ADN ou ARN) maintenu dans une coque protéique (capside). La capside protège le génome viral, et facilite son transfert d’une cellule hôte à une autre. Notions sur les virus Cycle viral ✓ Les virus sont incapables de se multiplier comme le font les bactéries. ✓La multiplication virale est un phénomène complexe au cours duquel le virus va détourner la machinerie cellulaire à son profit. ✓La multiplication d’un virus consiste à introduire le génome viral dans une cellule et c’est elle qui va synthétiser de nouveaux virus par la réplication. Notions sur les virus Cycle viral Le cycle viral comporte six étapes: ✓ L’attachement; ✓ la pénétration; ✓ la décapsidation; ✓ la réplication; ✓ l’assemblage et la maturation; ✓ la libération des virus. http://unt- ori2.crihan.fr/unspf/2010_Lille_Goffard_Virologie/co/cycle_replication.html Notions sur les virus Cycle viral Notions sur les virus Cycle viral Les bactériophages sont soit virulents (cycle lytique) ou tempérés (cycle lysogène). Variabilité génétique chez les virus et bactéries Variabilité génétique chez les bactéries Chez les bactéries la division cellulaire est asexuée: reproduction conforme. La variabilité génétique provient de : ✓L’apparition d’une nouvelle mutation et de son passage à la génération suivante (transfert vertical). ✓Phénomènes parasexuels impliquant un transfert d’ADN d’un organisme mature indépendant à un autre organisme mature devenant un recombinant stable, possédant des caractères du donneur et du receveur (Transfert horizontal). Le transfert horizontal : un fragment d’ADN donneur (exogénote) pénètre dans une bactérie receveuse (dont le matériel génétique constitue l’endogénote) s’effectue selon diverses modalités: ✓ Transfert directe entre deux bactéries temporairement en contact physique : la conjugaison. ✓ Transfert d’un fragment d’ADN nu: la transformation. ✓ Transfert d’ADN par des virus : la transduction. Suite au transfert horizontal, la bactérie receveuse devient partiellement diploïde, nommée mérozygote. Et ceci dans le cas où l’endogénote et l’exogénote portent les mêmes gènes. Variabilité génétique chez les virus et bactéries L’exogénote a 4 destinations possibles chez la cellule mérozygote voir schéma ci-dessous. Variabilité génétique chez les bactéries Mutations -8 Les mutations se produisent souvent spontanément à faible fréquence (10 par locus et par génération) et créent de la diversité génétique chez les bactéries. -4 Elles peuvent être provoquées à des fréquences plus importantes (10 ) par des agents mutagènes physiques ou chimiques. Les mutations modifient le phénotype sauvage d’une souche: mutation directe (type sauvage vers une forme mutante). Le phénotype sauvage peut être restauré par une seconde mutation sur le même site (mutation réverse) ou un autre site (mutation suppressive) que la mutation initiale. Une souche sauvage: ✓capable de dégrader tous les sucres ✓capable de synthétiser les acide aminés ✓Sensible au bactériophages et au poisons Variabilité génétique chez les bactéries Mutations La mutation peut affecter: ✓ L’anabolisme Si la mutation affecte la synthèse d’un acide aminé, la bactérie ne sera plus capable de croitre qu’en présence de cet acide aminé: elle devient auxotrophe pour l’acide aminé en question (le type sauvage capable de synthétisé l’acide aminé est dit prototrophe). + Mutation - Exp: Souche prototrophe pour l’arginine (Arg ) souche auxotrophe pour l’arginine (Arg ). ✓ Le catabolisme Si la mutation affecte la dégradation d’un sucre, la bactérie ne sera plus capable de le dégrader et donc de croitre en présence de ce sucre: + Mutation - Exp: Souche pouvant dégrader le galactose (Gal ) souche incapable de dégrader le galactose (Gal ). ✓ La résistance Mutations conférant la résistance à des agents qui altèrent la croissance et/ou la survie des bactéries: antibiotiques, certains virus (bactériophages), poisons (Azide de Sodium) et métaux lourds (Mercure). Mutation Exp: les E. coli sont sensibles au céfortaxime (CTXS) souches résistantes (CTXR) pouvant croitre sur un milieu contenant le céfotaxime. Variabilité génétique chez les bactéries Mutations Techniques de détection, sélection et isolement des mutants: ✓ Criblage de mutants présentant un phénotype observable Exp: la recherche de mutants albinos d’une bactérie normale rouge requière juste une observation visuelle de la couleur des colonies. ✓ Technique de réplique sur velours La réplique sur velours consiste à sélectionner des souches à l’aide d’un morceau de velours stérile, qui est tendu sur un cylindre métallique dont le diamètre est légèrement inférieur à celui de la boîte de Pétri. En appuyant légèrement la boîte de Pétri contenant des colonies bactériennes sur la surface du velours, une fraction de chaque colonie est transférée sur le velours. On applique ensuite le milieux de culture neuf dont la composition varie en fonction des souches qu’on veut sélectionner sur la surface du velours. On obtient un repiquage des colonies de la première boite Pétri, et en répétant l’opération, on peut repiquer l'ensemble des colonies d'une boîte de Pétri sur de multiples boîtes. Exp1: souches auxotrophes à l’histidine. Exp 2: sélection des souches résistante à l’ATB: carbapénème. Variabilité génétique chez les bactéries Mutations Exercice 2: On considère 3 souches mutantes d'E.coli A, B, C, dont les génotypes sont les suivants : A : Leu + His + Gal + Ala - Arg - Mal - B : Leu + His - Gal + Ala + Arg + Mal + C : Leu + His - Gal - Ala - Arg + Mal + 1°) Donnez la composition d'un milieu de culture pour chacune de ces souches. 2°) Donnez la composition d'un milieu de culture convenant à un mélange de ces 3 souches. 3°) Donnez la composition d'un milieu sélectif pour chacune de ces souches. R1) Milieu de culture pour chaque souche Souche A: Milieu minéral + glucose (ou galactose) + alanine+ arginine Souche B: Milieu minéral+ glucose (galactose ou maltose) + histidine Souche C: Milieu minéral+ glucose (ou maltose) + histidine + alanine R2) Milieu de culture convenant pour à un mélange de ces 3 souches Milieu minéral+ glucose + alanine+ arginine+ histidine R3) Milieu sélectifs pour chaque souche Milieu sélectif pour la Souche A: ce milieu permet le développement de la souche A mais pas les souches B et C. Milieu minéral + glucose (ou galactose) + alanine+ arginine Milieu sélectif pour la Souche B : Milieu minéral+ glucose (galactose ou maltose) + histidine Milieu sélectif pour la Souche C: Pas de milieu sélectif pour la souche C car le milieu permettant d’éviter la croissance de A est favorable pour la croissance de la souche B (Milieu minéral+ glucose (ou maltose) + histidine + alanine). Variabilité génétique chez les bactéries Transformation Transformation : absorption par la bactérie d’une molécule ou d’un fragment d’ADN, circulaire (plasmide) ou linéaire et son incorporation dans le chromosome receveur de manière stable. Fréquence de transformation chez des cellules très compétentes 10-3 pour la plupart des espèces bactériennes, lorsque il y a un excès d’ADN. Variabilité génétique chez les bactéries Transformation Variabilité génétique chez les bactéries Transformation Expériences de Griffith (1928) : la transformation bactérienne Frederic Griffith La capsule (polysaccharidique) est nécessaire à la virulence La capsule n’est pas suffisante à elle seule pour Transformation : transfert du matériel des souches S de Streptococcus pneumoniae causer la maladie génétique entre les cellules  Variabilité génétique chez les bactéries Transformation Expériences d’ Avery, MacLeod, et McCarty (1944) : La nature du facteur transformant Colin MacLeod Maclyn McCarty Oswald T. Avery Purification de l’ADN à partir de l’extrait des cellules S tuées par la Le facteur transformant n’est pas une Le facteur transformant est probablement chaleur : pureté de 99,98% protéine ou de l’ARN l’ADN d’au moins chez les bactéries Variabilité génétique chez les bactéries Transformation La transformation naturelle : ✓ concerne seulement quelques bactéries (Ex: Streptococcus pneumoniae, Bacillus subtilis, Neisseria spp) ✓ Lorsque les bactéries donneuses se lysent et libèrent leur ADN dans le milieu environnant. Si un fragment entre en contact avec une bactérie compétente (capable d’absorber l’ADN et d’être transformée), souvent appartenant à la même espèce, il peut s’y fixer et y pénétrer. La transformation artificielle : ✓ concerne les bactéries non compétentes naturellement (Exp: E. coli) ✓ L’électrochoc et l’exposition au chlorure de calcium rendent les membranes plus perméables à l’ADN pour préparer des bactéries artificiellement compétentes. Transformation chez S. pneumoniae Variabilité génétique chez les bactéries Conjugaison Conjugaison : transfert d’ADN entre bactéries par contact direct de cellule à cellule, dépendant de la présence d’un plasmide conjugatif (facteur F). Facteur F : ✓ Premier plasmide conjugatif décrit chez E. coli (1950), d’environ 100 kb. ✓ Il porte des gènes codant pour les pili sexuels responsables du contact entre les bactéries et du transfert de plasmides entre celles-ci. ✓ Le facteur F est un épisome qui peut exister hors du chromosome bactérien ou y être intégré, grâce aux éléments IS (Séquences d’insertion). Variabilité génétique chez les bactéries Conjugaison Expérience de Lederberg et Tatum, 1946 Joshua Lederberg Edward L. Tatum les mutants A et B ont pu échanger leur matériel génétique Variabilité génétique chez les bactéries Conjugaison Expérience de Bernard Davis ,1950  + - Variabilité Variabilité génétique génétique chez chez les les bactéries bactéries Conjugaison: F X F Conjugaison: F+ X F- Le transfert de gènes est unidirectionnel (non réciproque) entre une souches donneuse (mâle) possédant le Facteur F (F+ ou fertile) et une cellule receveuse (Femelle) dépourvue de Facteur F (F- ou non fertile). Variabilité génétique chez les bactéries Conjugaison: F+ X F- Transfert du facteur F d’une cellule F+ à une cellule F- par conjugaison. Fréquence de recombinaison 10-6 Variabilité génétique chez les bactéries Conjugaison: F+ X F- La réplication en cercle roulant ✓La réplication débute par un clivage d’une liaison sucre phosphate du cercle double brin. Cette coupure produit 2 extrémité chimiquement distinctes: une extrémité 3’ et une extrémité 5’. ✓L’ADN est synthétisé par polymérisation à l’extrémité 3’ et le déplacement simultané de l’extrémité 5’ du cercle. Au fur et à mesure que la réplication se produit le long du cercle, l’extrémité s’étend, une chaine complémentaire est synthétisée, ce qui produit une queue d’ADN double brin. Variabilité génétique chez les bactéries Conjugaison: HFR X F- Les bactéries F+ possèdent un facteur F libre séparé du chromosome. Chez certaine bactéries, le facteur F est intégré dans le chromosome, ces bactéries sont appelées HFR (haute fréquence de recombinaison). Les HFR transfert des gènes chromosomiques avec une grande efficacité mais ne transforment pas les bactéries receveuse (F-) en F+. En raison de la haute fréquence de recombinants produits, la conjugaison de ce type est dite recombinaison HFR. Transfert et intégration du plasmide F dans le chromosome bactérien. Variabilité génétique chez les bactéries Conjugaison: HFR X F- Lors de son transfert, le facteur F dirige le transfert du chromosome de la bactérie hôte. Au début, seule une partie du Facteur F est transférée, suivie par le chromosome du donneur. Si les cellules restent associées, le chromosome entier et le reste du Facteur F sont transférés (environ 100 min). Le contact entre les bactéries est habituellement rompu avant la fin du processus, donc il y’a transfert partiel du facteur F, la bactérie receveuse demeure donc F-. Après le transfert et la réplication du chromosome du donneur, il peut être dégradé ou incorporé par recombinaison homologue dans le génome du receveur. Variabilité génétique chez les bactéries Conjugaison: HFR X F- Variabilité génétique chez les bactéries Conjugaison: HFR X F- Etape de transfert et de production de recombinants lors de la conjugaison HFR X F- Variabilité génétique chez les bactéries Conjugaison : F’ X F- (Sexduction) Le Facteur F est un épisome, il peut s’exciser du chromosome bactérien et reprendre son statut autonome libre. Pendant l’excision une erreur peut survenir et une partie du chromosome est excisée, devenant partie du Facteur F : c’est le Facteur F’. Une cellule hébergeant le Facteur F’ conserve tous ces gènes, bien que certains sont portés par le Facteur F’, elle ne peut donc transférer ces gènes qu’à une bactérie receveuse F-. La conjugaison F’ X F- est similaire à F+X F-, la bactérie receveuse devient F’(les gènes chromosomiques faisant partie du facteur F sont alors en double exemplaire dans la cellule receveuse puisque celle-ci possède un chromosome complet). Ceci crée une cellule partiellement diploïde appelée mérozygote. Sexduction: transmission de marqueurs chromosomiques bactériens par un facteur F’. Variabilité génétique chez les bactéries Conjugaison : F’ X F- (Sexduction) Etape de transfert du plasmide F’ lors de la conjugaison Formation d’un plasmide F’ F’ X F- Variabilité génétique chez les bactéries La cartographie génétique du chromosome bactérien Technique de croisement interrompu Les conjugaisons Hfr x F- sont utilisées afin de cartographier le chromosome bactérienne et ce, comme suit: ✓ Incubation d’une culture contenant un mélange de cellules Hfr et F- et des échantillons sont prélevés à des temps variés et soumis à une agitation. ✓ Les cellules sont cultivés sur des milieux sélectifs afin de révélés les souches F- recombinante (F-R). Carte temporelle des gènes étudiés Croisement interrompu par agitation Variabilité génétique chez les bactéries La cartographie génétique du chromosome bactérien Carte génétique circulaire d’E.coli (les distances cartographiques sont données en mn et la longueur totale de la carte est de 100mn). Variabilité génétique chez les bactéries La cartographie génétique Exercice 5: Afin de localiser les gènes sur le chromosome d'E.coli, on réalise une expérience de conjugaison interrompue. On utilise une souche Hfr (1) obtenue à partir d'une souche F+ (A), dont le génotype est le suivant : Hfr (1) : Bio + T1R His + Str S Thr + Lac + 1°) Quel sera le génotype de la souche F - à utiliser ? F- : Bio - T1S His - Str R Thr - Lac – 2°) Donnez La composition du milieu de culture pour chacune de ces deux souches. Hfr : Milieu minéral + glucose (ou lactose) F- : Milieu minéral + glucose + biotine + histidine + thréonine 3°) Donnez la composition minimale du milieu de conjugaison. Milieu minéral + glucose + biotine + histidine + thréonine 4°) Pour quels caractères doit-on s'attendre à trouver des bactéries F- recombinées ? Pourra-t-on effectivement recueillir chacun de ces types ? - Théoriquement, on s’attend à trouver des bactéries F- recombinantes pour les différents caractères étudiés. - Oui, on peut recueillir les différents types de F-R et ce, soit par culture sur milieux sélectifs ou par relique sur velours pour les F-R[Strs]. Variabilité génétique chez les bactéries La carte génétique Hfr + F- b c b c b c a a a d d d 1 e 1 1 e e f f f g g g Milieu de conjugaison milieu de conjugaison + streptomycine Milieu minéral + lactose 1: souche Hfr car elle peut se croitre sur un milieu minéral additionné du lactose comme source de carbone. Elle est également sensible à la streptomycine g: correspond au F-R[Strs] car elle ne dégrade pas le lactose et est sensible à la streptomycine Variabilité génétique chez les bactéries La carte génétique 5°) En faisant un prélèvement toutes les minutes et en étalant chaque fois sur une série de milieux sélectifs, les lectures effectuées deux jours plus tard donnent les résultats suivants : Rien jusqu'à la 7ème minute, à la 8ème minute on trouve des colonies sur milieu sélectif de Thr+, à la 12ème min sur celui de T1R , à la 18ème min sur celui du Lac+ , à la 25ème min sur celui de Bio+ et à la 46ème min sur celui de His+. a) Quelle est la composition de chacun des milieux sélectifs ? F-R[Bio+]: Bio+ T1S His- StrR Thr- Lac- F-R[Bio+]: Milieu minéral + glucose + histidine + thréonine + streptomycine F-R[T1R]: Bio- T1R His- StrR Thr - Lac– F-R[T1R]: milieu minéral + glucose + biotine + histidine + thréonine + streptomycine + T1 F-R[His+]: Bio- T1S His+ StrR Thr - Lac – F-R[His+]: milieu minéral + glucose + biotine + thréonine + streptomycine F-R[Strs]: Bio- T1S His- StrS Thr - Lac – F-R[Strs]: Pas de milieu sélectif. On doit utiliser la méthode de réplique sur velours pour les identifier, F-R[Thr+]: Bio- T1S His- StrR Thr+ Lac – F-R[Thr+]: milieu minéral + glucose + biotine + histidine + streptomycine F-R[Lac+]: Bio- T1S His- StrR Thr - Lac + F-R[Lac+]: milieu minéral + lactose + biotine + histidine + thréonine + streptomycine Variabilité génétique chez les bactéries La carte génétique 5°) En faisant un prélèvement toutes les minutes et en étalant chaque fois sur une série de milieux sélectifs, les lectures effectuées deux jours plus tard donnent les résultats suivants : Rien jusqu'à la 7° minute, à la 8° minute on trouve des colonies sur milieu sélectif de Thr+, à la 12° min sur celui de T1R , à la 18° min sur celui du Lac+ , à la 25° min sur celui de Bio+ et à la 46° min sur celui de His+. b) Etablir la carte génétique de cette souche Hfr. F His+ Bio+ Lac+ T1R Thr+ 46’ 25’ 18’ 12’ 8’ F O Thr+ 8’ 8’ 4’ T1R 12’ 6’ Lac+ 18’ 7’ 25’ Bio+ 21’ 46’ His+ Variabilité génétique chez les bactéries La carte génétique 6°) Deux expériences similaires effectuées avec deux autres Hfr, Hfr (2) et Hfr (3), appartenant à la même souche A, ont donné les résultats suivants : Hfr (2) : Au bout de 10mn, on a trouvé des F- recombinées Xyl+ , au bout de 16 min des StrS , de 31 min des Phe+ , de 42 min des His+ , de 63 min des Bio+. Hfr (3) : Au bout de 6 min on a trouvé des F- recombinées His + , de 20 min des Try+ , de 27 min des Bio + , de 37 min des Pro + , de 42 min des Leu +. A l'aide des Hfr (1), (2) et (3), établir la position des gènes sur le chromosome de la souche A d' E.coli Hfr1 F His+ Bio+ Lac+ T1R Thr+ 46’ 21’ 25’ 7’ 18’ 6’ 12’ 4’ 8’ Hfr2 Xyl+ StrS Phe+ His+ Bio+ 10’ 6’16’ 15’ 31’ 11’ 42’ 21’ 63’ Hfr3 His+ Tyr+ Bio+ Pro+ Leu+ 6’ 14’ 20’ 7 27’ 10’ 37’ 5’ 42’ Variabilité génétique chez les bactéries La carte génétique Xyl+ StrS Phe+ His+ Tyr+ Bio+ Lac+ Pro+ T1RLeu+Thr+ 6’ 15’ 11’ 14’ 7’ 7’ 3’ 3’ 2’ 2’ Xyl+ StrS 6’ 15’ Phe+ 11’ Thr+ 2’ 14’ His+ 2’ Leu+ 3’ T1 R 3’ 7’ 7’ Pro+ Lac+ Tyr+ Bio+ Carte génétique de la souche A (F+) Variabilité génétique chez les bactéries Transduction Transduction : transfert de gènes bactérien par l’intermédiaire de particule virales. Suite à des erreurs durant le cycle biologique du virus, Les gènes de la bactérie hôte sont incorporés dans une nouvelle particule virale. Les virions hébergeant ces gènes les injectent dans une autre bactérie receveuse. Deux types de transduction: Généralisée et spécialisée Variabilité génétique chez les bactéries Transduction Mise en évidence par l’expérience de Zinder et Lederberg (1952) chez les salmonelles: Norton Zinder Milieu commun Pas de croissance (pas de prototrophes) croissance de prototrophes (phe+ trp+ met+ his+) Ces observations ont conduit à la découverte du phénomène de transduction Variabilité génétique chez les bactéries Transduction Le mélange des souches LA-2 et LA-22 permet l’obtention de bactéries prototrophes (10-5) sur milieu minimum. Les bactérie LA-22 semblent être la source de la nouvelle information génétique → Suggestion de la présence d’un agent filtrant responsable du transfert de cette information. Si les LA-2 sont cultivées séparément et le milieu de culture est ajouté au LA-22, on a pas de bactéries prototrophes → les LA-22 jouent un rôle dans la production de l’agent filtrant. L’addition des DNase ne détruit pas l’agent filtrant → ce n’est pas la transformation. Quand la taille des pores du filtre est ˂ à celle des bactériophages → l’agent filtrant ne traverse pas le filtre. Variabilité génétique chez les bactéries Transduction généralisée ✓ Transduction généralisée : ❖ Se produit le plus souvent pendant le cycle lytique des phages virulents. ❖ N’importe quelle partie du génome bactérien peut être transférée après sa dégradation une fois la bactérie infectée par le phage. ❖ Un fragment du génome bactérien ayant la même taille que le génome viral, peut être empaqueté par erreur, durant l’encapsidation, une telle particule est appelée phage transducteur généralisé. ❖ Lors de la transduction généralisée, l’ADN bactérien est injecté dans la cellule au lieu de l’ADN viral, il peut soit rester dans le cytoplasme, soit recombiner avec la région homologue du chromosome de l’hôte. ❖ Si l’ADN bactérien reste dans le cytoplasme, il ne se réplique pas, dans ce cas la cellule est partiellement diploïde pour les gènes transduits: ce phénomène est appelé transduction abortive. ❖ Si l’ADN bactérien recombine avec la région homologue du chromosome de l’hôte et les gènes transduits devient une partie intégrante du chromosome. Ce processus est appelée transduction complète. ❖ L’ADN bactérie reste double brin durant le transfert. ❖ 70 à 90% de l’ADN transféré ne sont pas intégrés, ils subsistent et sont exprimés temporairement. Variabilité génétique chez les bactéries Transduction généralisée Transduction généralisé par le phage P1 d’E.coli (phage P1 infecte une bactérie leu+). Variabilité génétique chez les bactéries Transduction spécialisée ✓ Transduction spécialisée : ❖ Se produit pendant le cycle lysogène des phages tempérés où l’ADN du phage infectant s’intègre dans le chromosome bactérien. L’ADN inséré est appelé prophage et la bactérie survivante lysogène. ❖ Après induction, l’excision du prophage peut se faire de manière imprécise ; le prophage emporte donc des portions du chromosome bactérien proches du site d’intégration (10 à 15 % de l’ADN phagique) au détriment d’une partie du génome viral. ❖ Lors de la transduction spécialisée, seules certaines parties spécifiques du génome bactérien est empaqueté conjointement avec le chromosome viral, ces particules transductrices sont appelée phage transducteur spécialisé. ❖ Le phage transducteur spécialisé injecte le génome viral et les gènes du chromosomes bactériens qu’il porte. Ces derniers peuvent être intégrés dans la bactérie receveuse de manière stables. Variabilité génétique chez les bactéries Transduction spécialisée Mode général de lysogènie par intégration d’ADN de phage dans le chromosome bactérien. Variabilité génétique chez les bactéries Transduction spécialisée Etape 1: libération des phages transducteurs Etape 2: infection d’une cellule receveuse par spécialisés un phage transducteur spécialisé Variabilité génétique chez les virus et bactéries Variabilité génétique chez les virus Les virus présentent une très grande diversité génétique supérieure aux autres organismes. ❖ Exp : virus de la grippe aviaire et virus de la grippe ✓ Mutaions: humaine possèdent tous les deux des génomes composés de huit segments d’ARN différents. ❖ mutations ponctuelles: Les polymérases associées aux virus à ARN sont dépourvues d'activité de correction 3'- ❖ Lors d’une co-infection d’une cellule, les segments 5' exonucléasique, d’ARN des deux virus s’associent, se mélangent et ❖ Délétions ou insertions: glissement de l’ARN donnent de nouveaux variants. polymérase. ✓ La recombinaison génétique : échange de matériel génétique entre deux génomes viraux apparentés. (Coronaviridae, Togaviridae et les Retroviridae) ✓ Réassortiment génétique : Une recombinaison virale peut se produire lorsque deux virus infectent simultanément une même cellule. Références Debasish K. et Sagartirtha S, 2022. genetics fundamentals notes. eBook: Springer Nature Singapore Pte LTD;1155p Prescott L. M., M Willey J. M. et Sherwood L. M. 2018. Microbiologie de Prescott. 5 ème édition. Deboèck supérieur. Harry. M. 2002, Génétique moléculaire et évolutive, 2ème édition MALOINE. Hartl. D. L. et. Jones. E. W. 2003, Génétique les grandes principes, 3ème édition DUNOD. Raven P.H., Johnson G.B., Mason K.A., Losos J.B. et Singer S.R. 2017. Biology, 11ème édition. McGraw-Hill education; 1282p Klug W. S., Cummings M. R., Spencer C. A. et Ward ·S. M. 2006, Génétique. Pearson Éducation France. Guiraud J. P. 1993. Génétique microbienne: bases théoriques et introduction aux applications pratiques. Tec et doc Fritsch et Schnider (1996). Variabilité génétique et virus. Revue française des laboratoires. 283; 41-48. https://microbiologynotes.org/techniques-for-identifying-mutants/ https://www.genome.gov/genetics-glossary/Virus