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Microbiologie BIOL 3253
La génétique microbienne:
les mécanismes de la variation
génétique
Reproduction sexuée et asexuée
Contrairement aux organismes eucaryotes, les procaryotes n’effectuent pas de reproduction sexuée.
Procaryotes: fission binaire Eucaryotes: méiose
Les mécanismes de la variation génétique chez
les procaryotes
Mutation: Modification stable et héréditaire de la séquence de l’ADN. Peut engendrer des modifications phénotypiques. Les mutations peuvent être induites ou survenir spontanément.
Transfert génétique horizontal:
Processus unidirectionel chez les procaryotes. Un fragment d’ADN d’une cellule donneuse est transféré dans une celleule receveuse. Habituellement, l’ADN transféré est intégré dans le chromosome de la cellule receveuse.
Quelques définitions
ADN (acide désoxyribonucléique): Une double chaîne de
nucléotides liés les uns aux autres (dont le sucre est le
désoxyribose); la substance fondamentale dont sont composés
les gènes.
Gène: Fraction d’une molécule filiforme organisée en double
hélice, appelée acide désoxyribonucléique, abrégé en
ADN.
Allèle: L’une des différentes formes d’un gène qui peuvent exister
au niveau d’un même locus.
Chromosome: Un arrangement linéaire ou circulaire de gènes et
d’autres types d’ADN, parfois associé à des protéines et de l’ARN.
Génome: Ensemble du matériel génétique contenu dans un jeu de
chromosomes.
Ploïdie: Le nombre de jeux de chromosomes.
L’acide désoxyribonucléique (ADN)
La double hélice d’ADN est composé de deux chaînes entrelacées de nucléotides.
Double brin d’ADN
L’appariement des nucléotides
Les chaînes
nucléotidiques
sont antiparallèles.
La transcription et la traduction
ADN
ARN
Protéine
(détermine la forme au
niveau cellulaire)
Transcription de l’ADN en ARN
Un gène peut être défini comme un fragment d’ADN spécifiant un ARN fonctionnel.
ARN: 1) Composé de nucléotides comme l’ADN mais le sucre est le ribose.
2) À la place de la thymine (T), l’ARN contient l’uracile (U).
3) Addition de nucléotides de 5’ vers 3’ (comme avec la réplication d’ADN).
Le transcrit Même séquence que le brin non matrice d’ADN
La traduction de l’ARNm en protéines
La structure primaire d’une protéine est composée d’une chaîne linéaire d’éléments
appelés acides aminés. La synthèse protéique se déroule dans des organites
cytoplasmiques appelés ribosomes. Les ribosomes se fixent à l’extrémité 5’ de l’ARN.
Triplet de nucléotides
Anti-codon spécifique de l'ARNt
Acide aminé spécifique
Cheminement de l’information génétique
Complexe
codon/anti-codon
présentant les
orientations 5’ - 3’
Le code génétique
4 x 4 x 4 = 64 codons distincts, chacun correspondant à un
acide aminé ou à un signal de terminaison.
Transfert génétique horizontal
Transfert de gènes d’un organisme mature, indépendant, vers un autre.
Exogénote Un fragment d’ADN donneur.
Endogénote Génome du receveur.
Mérozyogote La cellule receveuse devient temporairement
diploïde pour une partie de son génome.
Trois mécanismes
de transfert de gènes
La production et le devenir des mérozygotes
Les plasmides bactériens
Petites molécules d’ADN double-brin, habituellement circulaires qui peuvent exister indépendamment du chromosome de l’hôte.
Les plasmides sont des réplicons
Ils ont leur propre origine de réplication.
Peuvent exister sous forme de copie unique ou multiples.
Curage
Élimination de plasmide(s) par une cellule hôte.
Peut se produire de façon spontanée ou être induit par des traitements qui inhibent la réplication des plasmides sans affecter la reproduction des cellules hôtes.
Épisomes
Plasmides qui peuvent exister sous forme libre
ou intégrée dans le chromosome de l’hôte.
Plasmides conjugatifs
Possèdent des gènes codant pour des pilis.
Peuvent transférer des
copies d’eux-mêmes à
d’autres bactéries au
cours de la conjugaison.
Les plasmides bactériens
Les principaux types de plasmides
Facteurs de fertilité
Plasmides conjugatifs.
i.e., Facteur F chez E. coli.
Plusieurs sont des
épisomes.
Facteurs de résistance
Facteurs R (plasmides R)
Possèdent des gènes conférant la
résistance à des antibiotiques.
Certains sont des plasmides conjugatifs.
Habituellement, ils ne sont pas intégrés
dans le chromosome bactérien.
Les plasmides Col
Contiennent des gènes codant pour la
production de bactériocines.
Protéines qui détruisent d’autres bactéries.
Normalement elles agissent uniquement
contre des souches apparentées.
Les colicines tuent E. coli.
Certains sont conjugatifs.
Certains portent également des gènes de
résistance.
D’autres types de plasmides
Plasmides de virulence Portent des gènes codant pour la virulence.
i.e., Gènes qui confèrent une résistance aux défenses de l’hôte.
i.e., Gènes qui codent pour la production de toxines.
Plasmides métaboliques Portent des gènes codant pour des enzymes qui
métabolisent des substances.
i.e., Gènes codant pour des enzymes de dégradation de pesticides.
i.e., Gènes codant pour la fixation de l’azote.
La conjugaison bactérienne
Transfert de
matériel génétique
par contact direct
entre cellules.
Découvert en
1946 par
Lederberg et
Tatum.
Démontre que le contact directe cellule à cellule
est essentiel.
La conjugaison bactérienne
Le croisement F+ x F-
F+ = Celleuse donneuse. Contient le facteur F.
F- = Cellule receveuse. Ne contient pas le facteur F.
Le facteur F se réplique par un mécanisme de cercle roulant et une copie migre vers la cellule receveuse.
La cellule receveuse devient habituellement F+.
La cellule donneuse demeure F+.
Le croisement F+ x F-
La conjugaison Hfr
Souches Hfr
Possèdent le facteur F intégré dans le
chromosome bactérien.
Les gènes
plasmidiques
et génomiques
sont transférés.
La conjugaison Hfr
La conjugaison F
Plasmide F
Formé par l’excision incorecte du chromosome.
Contiennent 1 gènes du chromosome
Les cellules F peuvent transférer leur plasmide F à la cellule receveuse.
La conjugaison F
La transformation par l’ADN
Prise par la cellule de molécules ou de fragments d’ADN nu, présent dans le milieu, et leur incorporation dans le chromosome receveur de manière héréditairement stable.
Cellule compétente
Capable de prendre l’ADN et d’être transformée.
Représente probablement une voie importante d’échanges génétiques dans la nature.
La transformation par l’ADN
La transduction
Transfert de gènes entre bactéries par
l’intermédiaire de bactériophages.
Phages virulents
Se reproduisent par cycle lytique.
Phage tempérés
Se reproduisent par lysogénie.
L’alternance des cycles lytique et lysogène
du prophage lambda
La transduction généralisée
N’importe quelle partie du génome
bactérien est transféré.
À lieu au cours du cycle lytique.
Dans le stade d’assemblage, lorsque les
chromosomes viraux sont empaquetés
dans les capsides protéiques, des
fragments aléatoires du chromosome
bactérien partiellement dégradé sont
également empaquetés par erreur.
Particule de transduction généralisée
La transduction généralisée
La transduction spécialisée
Aussi appelée transduction restreinte.
Est induit seulement par des phages tempérés qui ont établit la lysogénie.
La particule transductrice ne porte que certaines parties spécifiques du génome bactérien.
Se produit lorsque le prophage est excisé de façon erronée.
La transduction spécialisée
Mécanisme de transduction pour le phage
lambda et E. coli
