Programme de Génétique Microbienne L3 (2024/2025) PDF

Programme I. Structure et organisation du matériel génétique II. mutation et mécanismes de réparation de l’ADN III. Recombinaison génétique et éléments génétiques transposables IV. Transferts génétiques chez les bactéries V. Phénomène de restriction modification VI. Régulation de l’expression d...

Programme I. Structure et organisation du matériel génétique II. mutation et mécanismes de réparation de l’ADN III. Recombinaison génétique et éléments génétiques transposables IV. Transferts génétiques chez les bactéries V. Phénomène de restriction modification VI. Régulation de l’expression des gènes VII.Génétique des bactériophages L3 Microbienne. S5. 2024/2025. Module : Génétique microbienne. Cours et TD. Dr. Mr Merazi. I.Structure et organisation du matériel génétique  Chromosome  plasmides  Matériel génétique viral. Structure bactérienne Le chromosome bactérien Morphologie Localisation  Généralités Morphologie  L’ADN est diffus dans le cytoplasme (pas de Membrane nucléaire)  Filament unique d’ADN: circulaire, surenroulé, bicaténaire  1000fois plus long que la bactérie (ex E. coli :1360 µm = 1,36 mm)  PM= 3 109 Daltons Molécule d’ADN  Morphologie Chromosome d’E. coli marqué au tritium Filament d’ADN bicaténaire Circulaire Unique Surenroulé  Morphologie Diffère en fonction de  La phase de croissance  Du stade de la division bactérienne Cocci: petite masse sphérique Bacilles: diffus dans le cytoplasme Dans une bactérie : Morphologie Une seule molécule d'ADN 5 millions de paires de base Longueur totale ~ 1,5 mm Bactérie E. coli "éclatée". L'ADN s'est répandu autour de la bactérie.  Génomes procaryotes Morphologie L’ADN, molécule constituant les génomes  Procaryotes = 0.5 à Vert = gènes origine 9x106 pb, 350 à 8000 gènes  Pas d’introns chez les terminaison bactéries  génome plus “dense” en gènes  Organisation de l'ADN dans les cellules Morphologie ADN = double chaine fermée, donc double hélice circulaire Surenroulement de la double hélice grâce à des enzymes particulières : topoisomérases et ADN gyrases. Remarque : c'est le superenroulement qui permet à la molécule (d'une longueur de l'ordre du mm) de tenir à l'intérieur de la cellule.  Morphologie ⚫ Chez les procaryotes: neutralisé par des protéines basiques analogues aux histones (spermines, spermidine) 1.Forme circulaire : La plupart des bactéries possèdent un chromosome circulaire, bien que certaines espèces puissent avoir des chromosomes linéaires. Morphologie 2.Taille réduite : 3.ADN nucléoprotéique : Le chromosome bactérien n'est pas associé à des histones comme chez les eucaryotes. Au lieu de cela, il est complexé avec des protéines non histones qui aident à compacter et à organiser l'ADN. 4.Super-enroulement : 5.Localisation nucléaire : Dans la plupart des bactéries, le chromosome est localisé dans une région spécifique appelée le nucléoïde  Composition chimique ADN= Acide DésoxyriboNucléique  Formé d’un ensemble de nuléotides  Nucléotide = Phosphate + pentose + base( purique ou Pyrimidique)  Pentose= désoxyribose (sucre à 5 Carbones)  Bases puriques:A, G  Bases pyrimidiques: C,T  Nucléotides liés par des liaisons diester Nucléotide Composition chimique  Composition chimique NUCLÉOTIDE Base azotée H3Po4 Groupement phosphate Sucre : désoxyribose C5H10O5  Composition chimique Donc quatre sortes de nucléotides: A, T, C et G Les nucléotides peuvent se lier les uns aux autres par leur sucre (désoxyribose( et leur groupement phosphate. Hypothèse de Crick et Watson : Composition chimique A s'apparier avec T et C avec G : A avec T : deux liaisons hydrogène (liaisons faibles). C avec G : trois liaisons hydrogène  Composition chimique L’ADN bactérien Structure primaire De l’ADN Structure secondaire De l’ADN Composition chimique  Matériel Génétique Composition chimique (héréditaire( Les bactéries possèdent un appareil nucléaire formé d’acide désoxyribonucléique qui se différencie des noyaux vrais des cellules encaryotes par: l'absence de mitose, l'absence de nucléole l'absence de membrane nucléaire.  Structure de l’ DNA Crick et Watson, 1953 Découverte de la structure de la molécule d'ADN Watson et Crick Acide DésoxyriboNucléique ADN = polymère de nucléotides  Structure de l’ DNA Structure générale Très grande molécule formée de 2 chaînes : - constituées chacune d'un enchaînement de désoxyribonucléotides, unis les uns aux autres par des liaisons covalentes (phosphodiester) - complémentaires - antiparallèles - unies entre elles par des liaisons hydrogène - fermées molécule circulaire) - enroulées l'une autour de l'autre pour former une double hélice  Structure de l’ DNA Est constituée - d'un groupement phosphate - uni à une molécule de désoxyribose - lui-même uni à une base azotée adénine (A), thymine (T), cytosine (C ) et guanine (G) Causes de la complémentarité des Structure de l’ DNA 2 chaînes Appariement, à l'intérieur de la molécule, par des liaisons hydrogène: - d'une thymine d'une chaîne avec une adénine de l'autre - d'une cytosyne d'une chaîne avec une guanine de l'autre.  Structure de l’ DNA Caractéristiques ⚫Liaisons hydrogène ⚫Nombre et l’ordre de A,T, C, G= séquence particulière ⚫Organisation en 2 chaines complémentaires antiparallèles ⚫Coefficient de Chargaff : A+T/ C+G = GC% ⚫GC%: varie selon les espèces mais reste constant chez les souches d’une même espèce  Structure de l’ DNA GC % ⚫50 % chez Eschrichia coli ⚫30 à % 40 chez Proteus ⚫ 25 à % 45 chez les Clostridium ⚫60 à 70% chez les Pseudomonas 26 Structure de l’ DNA  Définition Plasmide:  Petite molécule d’ADN bicaténaire et circulaire,  indépendante de l'ADN bactérien, à réplication autonome  éléments génétiques extra chromosomiques  non indispensable à la croissance  Eléments facultatifs  1% de la taille du chromosome  Ils portent très peu de gènes, moins de 30. Autoréplicatifs (réplicons(  Plusieurs plasmides identiques ou différents par cellule  Transmis à la descendance  Stables si avantage sélectif Autotransférables d’une cellule à l’autre (gènes de transfert) même interspécifique  non indispensables au métabolisme normal de cellule- hôte.  Leur transmission d'une cellule bactérienne à une autre peut s'effectuer par conjugaison ou transduction mais pas de façon équitable comme pour le chromosome  Structure torsadée (super enroulée)  Certains plasmides peuvent s’intégrer au chromosome bactérien : on les appelle des épisomes.  La perte d’un plasmide est dite curage.  Mise en évidence Le terme de plasmide a été créé en 1952 par Lederberg pour désigner tout élément génétique cytoplasmique, comme le facteur F. Les plasmides de résistance aux antibiotiques ont été découverts en 1956 au Japon à l'occasion d'une épidémie de dysenterie bacillaire (Shigella dysenteriae) à bacilles résistants.  Composition et structure Identiques à celles de l'ADN bactérien mais de plus petite taille.  Fonction des plasmides Apport de gènes n ou ve a u x De synthèse protéines nouvelles Des caractères nouveaux à la bactérie Les plasmides permettent à la bactérie une meilleure adaptation à son environnement Caractères métaboliques : un grand nombre de caractères biochimiques des bactéries sont d’origines plasmidiques. Acquisition de la formation de pilus sexuel par apport du facteur F portant des gènes codant pour les pili Acquisition de la capacité à secréter des enzymes inactivant certains antibiotiques (ex : pénicillinase) par apport du facteur R portant des gènes codant pour ces enzymes Intervention dans la production de bactériocines  Les plasmides sont des Facteurs de virulence  Gènes portés par le plasmide codent pour une toxine responsable d'effets pathogéncs Toxine érythrogène de Streptococcus pyogenes Toxine et diphtérique de Corynebacterium diphtheriae  Gènes portés par le plasmide codent pour des adhésines  Gènes codent pour des enzymes inactivant les mécanismes de défense de l'hôte  Gènes codent pour des protéines responsables de l’induction de tumeurs.  Résistance aux antibiotiques (90% plasmidique, les 10% restant chromosomique).  Résistance aux métaux lourds (mercure, sels de cadmium, de plomb...) 1.Les Plasmides Conjugatifs (Facteurs de Fertilité): 1. Porteurs de gènes pour la synthèse des pili sexuels et du transfert du plasmide. 2. Exemple : Facteur F chez E. coli. 2.Les Plasmides de Résistance (Facteurs R): 1. Codent la résistance aux antibiotiques et aux métaux lourds. 2. Peuvent être propagés par conjugaison. 3. Composés de gènes de résistance et de transfert. 3.Les Plasmides Col: 1. Contiennent des gènes pour la synthèse de bactériocines, toxines bactériennes. 2. Conferent un avantage compétitif dans le monde microbien. 4.Les Plasmides de Virulence: 1. Impliqués dans la pathogénicité des bactéries pathogènes. 2. Portent des gènes de virulence tels que ceux impliqués dans la production de toxines. 5.Les Plasmides Métaboliques: 1. Portent des gènes pour la synthèse d'enzymes métaboliques. 2. Déclenchent le catabolisme de substances spécifiques. 3. Exemples : Utilisation du citrate comme source de carbone, dégradation du lactose.  Le génome viral : Les virus sont composés: +d’un acide nucléique (AND ou ARN) formant son génome +d’une Capside = manteau de protéine protectrice L’ensemble acide nucléique + capside = Nucléocapside( La nucléocapside peut avoir une symétrie hélicoïdale, icosaédrique ou complexe Ils peuvent avoir ou non une enveloppe composée de lipides dérivés de la cellule hôte.  Le génome viral : A l’opposé du génomecellulaire,l’information est fortement comprimée avec souvent chevauchement des gènes par chevauchement des trois cadres de lecture. +ARN monocaténaire : Majorité des virus à ARN peut être à polarité positive (+) (même polarité que l’ARNm) ou à polarité négative(-) Taille de 2 à 30 Kb (fragiles) +ARN bicaténaire :Exceptionnel ; Réovirus - Rotavirus +ARN segmenté :Virus de la grippe +ADN bicaténaire :Majorité des virus à ADN (Taille de 6 à 250 Kb( +ADN monoaténaire : Exceptionnel ; Parvovirus