Cours 6 - Génétique bactérienne

Question 1

Quels sont les 2 type de transfert d’information génétique chez les bactéries?

Answer 1

1-Transfert vertical: entre un
« parent » et sa descendance

2-Transfert horizontal: entre deux organismes distincts

Question 2

Nommer les 3 étapes d’échange d’info génétique chez les bactéries

Answer 2

1) Transformation
2) Conjugaison
3) Transduction

Question 3

Qui est Frederick Griffith?

Answer 3

Étudie le transfert de la virulence de la bactérie pathogène
Streptococcus pneumoniae
(transformation bactérienne)

Question 4

Quels sont les principes de l’expérience de Griffith? (3)

Answer 4

A. Types morphologiques de pneumocoques (S et R)
B. Transformation des pneumocoques de forme R en pneumocoques de forme S
C. Agent transformant: l’ADN

Question 5

Expliquez les types morphologiques de pneumocoques (S et R)

Answer 5

1) Pneumocoques sauvages encapsulés et virulents (forme S)
Les pneumocoques entourés d’une capsule de polysaccharides (encapsulés) sont virulents (septicémie mortelle) et ils forment sur un milieu solide des colonies dont le contour est lisse (forme S: smooth ou forme L: lisse)

2) Pneumocoques mutants non capsulés et non virulents (forme R)
Les pneumocoques mutants sans capsule ne sont pas virulents et ils forment sur un milieu solide des colonies dont le contour est dentelé (forme R : rough, rugueuse)

Question 6

Expliquez la transformation des pneumocoques de forme R en pneumocoques de forme S

Answer 6

• Des souris inoculées avec un mélange de pneumocoques S virulents tués par la chaleur (non pathogènes) et de pneumocoques R non virulents vivants (non pathogènes) meurent. De plus, des pneumocoques S virulents vivants sont isolés à nouveau de ces souris mortes
• Il semble que les débris (agent transformant) des pneumocoques S chauffés (non vivants) transforment des pneumocoques R vivants en forme S.

= transformation

Question 7

Qui et comment a-t-on déterminé que l’agent transformant = ADN?

Answer 7

• En 1944, Oswald Avery, C.M. Macleod et McCarthy ont démontré que l’ADN présent dans les débris des pneumocoques S tués par la chaleur est la seule classe de molécules qui transforme des colonies rugueuses (pneumocoques R vivants) en colonies lisses (pneumocoques S vivants). Les protéines et les lipides n’ont aucun pouvoir de transformation.
• La démonstration que l’ADN est l’agent transformant constituait pour la première fois une preuve que la substance responsable de l’hérédité (gènes) était l’ADN. On croyait jusque là que c’était les protéines car elles sont plus complexes que l’ADN.

Question 8

Donner la définition de la transformation bactérienne

Answer 8

Définition : Processus dans lequel une bactérie receveuse absorbe de l’ADN nu libéré dans le milieu par la lyse, accidentelle ou provoquée, de bactéries donneuses

•Ces fragments d’ADN absorbés peuvent se recombiner au chromosome de la bactérie réceptrice pour ainsi produire des transformants (recombinants bactériens)

Question 9

Nommez et expliquez les caractéristiques de la transformation bactérienne

Answer 9

A) Compétence bactérienne: Aptitude de certaines bactéries à absorber des
fragments d’ADN libre et de les incorporer dans son génome.
• Facteurs de compétence: récepteurs, nucléases, protéines liant l’ADN simple brin
* Paramètres pouvant influencer la compétence:
- Espèce bactérienne - Milieux de culture
- Phase de croissance - Changement rapide de température

B) Exemples de bactéries compétentes
Bactéries Gram + : Streptococcus pneumoniae, Bacillus subtilis, … Bactéries Gram - : Neisseria gonorrhoeae, Haemophilus influenzae, …

Question 10

Donner les étapes de la transformation bactérienne

Answer 10

a) Adsorption de l’ADN (récepteur)
b) Entrée de l’ADN (simple brin)
c) Recombinaisonhomologue
d) Bactérie transformée
(transformant ou recombinant)

Question 11

Expliquez la génie génétique et le clonage

Answer 11

Génie génétique

• Induction de la compétence chez E. coli (bactérie naturellement non transformable) par traitement au chlorure de calcium [CaCl2] et d’un choc thermique
• Entrée forcée par la déstabilisation de la paroi par un choc électrique (électroporation)

CLONAGE: De l’ADN de n’importe quelle origine peut être introduit dans des14 bactéries en l’insérant dans un plasmide avant transformation

Question 12

Qui et comment a découvert le principe de la conjugaison bactérienne ?

Answer 12

Découverte de J. Lederberg et E. Tatum (1946)
Ils utilisèrent deux souches auxotrophes, présentant plusieurs exigences nutritionnelles différentes (poly-auxotrophes),
Souche A: Bio- Phe- Cys- Thr+ Leu+ Thi+ Souche B: Bio+ Phe+ Cys+ Thr- Leu- Thi-
(+ = synthèse; - = absence de synthèse)
(Bio: biotine; Phe: phénylalanine ; Cys: cystéine ; Thr: thréonine; Leu: leucine; Thi: thiamine)

Principe de l’expérience de Lederberg et Tatum:

Ils étalèrent soit environ 108 bactéries de la souche A ou de la souche B (groupes témoins), soit un mélange de bactéries des deux souches (groupe expérimental: le mélange est préalablement incubé pendant 4 à 5 heures dans un milieu riche) sur des boîtes contenant du milieu minimal (eau, sels minéraux, glucose et agar)

Question 13

Que fut les résultats et conclusion de l’expérience de lederberg et tatum?

Answer 13

Résultats
A) Groupes témoins
• Aucune colonie n’apparaît sur les milieux ensemencés avec des bactéries de la souche A ou de la souche B (milieu minimal)
B) Groupe expérimental
• Environ 10 colonies deviennent visibles (croissance) sur le milieu ensemencé avec le mélange de bactéries de la souche A et de la souche B (fréquence: 101 / 108 = 10-7 = 1/10 000 000)
► Ces colonies sont nécessairement prototrophes puisqu’elles sont capables de croître sur un milieu minimal sans supplément nutritionnel

Conclusion
Les nouvelles colonies de type prototrophe (Bio+ Phe+ Cys+ Thr+ Leu+ Thi+) obtenues sur le milieu minimal sans supplément nutritionnel (groupe expérimental) sont des bactéries recombinantes résultant probablement d’un échange de matériel génétique entre les deux souches bactériennes

Question 14

Nommer les 3 caractéristiques essentielles de la conjugaison bactérienne

Answer 14

1) Nécessite un contact physique entre les bactéries (B. Davis 1950)
2) Présence d’un facteur de fertilité (F) dans les bactéries donneuses (W. Hayes 1952)
3) Transfert linéaire de l’ADN (plasmide ou chromosome) de la bactérie donneuse dans la bactérie receveuse F- (E. Wollman et F. Jacob 1957)

Question 15

Expliquez : Nécessite un contact physique entre les bactéries (B. Davis 1950)
(conjugaison bactérienne)

Answer 15

• Un contact physique entre les deux souches est essentiel pour produire des bactéries prototrophes (recombinants) (Expérience du tube en U)

Question 16

Expliquez: Présence d’un facteur de fertilité (F) dans les bactéries donneuses
(conjugaison bactérienne)
+ types de bactéries donneuses

Answer 16

Il démontra que le transfert de gènes observé par Lederberg et Tatum s’effectuait dans un sens déterminé. Il émit donc l’hypothèse de la présence d’un facteur de fertilité (F) dans les bactéries donatrices

Bactéries receveuses: F- (sans facteur de fertilité)

A) Bactéries donneuses: F+ (avec un facteur de fertilité F)
Lors d’un croissement F+ x F-, les descendants ne sont que rarement modifiés dans leur auxotrophie, mais les souches F- deviennent fréquemment F+
–> Le Facteur de fertilité F est sur un plasmide

B) Bactéries donneuses: Hfr (haute fréquence de recombinants)
Les bactéries donneuses transferts des gènes chromosomiques avec une grande efficacité, mais ne transforment pas les bactéries receveuses en cellule F+. (croissement Hfr x F- : recombinants bactériens)
–>Le facteur de fertilité F est intégré dans le chromosome bactérien à des sites spécifiques

C) Bactéries donneuses: F’
F’ est issu de l’excision d’un Hfr et d’ADN chromosomique.
Au cours de ce processus, il arrive que le plasmide fasse une erreur d’excision et emporte une portion du chromosome. On l’appelle alors le plasmide F’ car il est génétiquement distinct du plasmide F.
Lors d’un croissement F’ x F-, les descendants F- deviennent fréquemment F+ et intègrent l’ADN ecisé avec le Hfr
Conjugaison avec F’ = Sexduction
–>Le Facteur de fertilité F’ est sur un plasmide

Question 17

Expliquez le transfert linéaire de l’ADN

Answer 17

Transfert linéaire de l’ADN (plasmide ou chromosome) de la bactérie donneuse dans la bactérie receveuse F- (E. Wollman et F. Jacob 1957)
Le chromosome circulaire (Hfr) ou les plasmide F ou F’ de la donneuse est transféré dans la receveuse F- de façon linéaire à partir d’un point spécifique appelé origine de transfert [O] (transfert orienté et progressif).

Question 18

Définir la conjugaison bactérienne

Answer 18

• Mécanisme qui consiste en un transfert linéaire et unidirectionnel du chromosome bactérien (Hfr) ou du plasmide F de la cellule donneuse à la cellule receveuse (F-) à l’aide d’un contact direct entre les cellules (contact initié par le pilus sexuel)

Question 19

Décrire la structure générale du plasmide F (plasmide conjugatif) + qu’est-ce qu’est un épisome

Answer 19

Structure générale du plasmide F (plasmide conjugatif):

Le plasmide F est une petite molécule d’ADN bicaténaire circulaire de 95-100 kpb, extra ou intrachomosomique (épisome), autoréplicable et autotransférable

Épisome:
- Plasmide libre ou intégré au chromosome de l’hôte
- Élément génétique susceptible de se répliquer dans l’un des deux
états: 1) Intégré au chromosome de la cellule hôte (Hfr) 2) Libre dans le cytoplasme : plasmide F (F+)

Question 20

Nommez les principaux types de plasmides (6)

Answer 20

• Plasmide F: Facteur de fertilité (Escherichia, Pseudomonas, Staphylococcus,…) • Plasmide R: Résistance aux antibiotiques et autres inhibiteurs…
• Plasmide Col: Production et résistance aux bactériocines (colicine)
• Plasmide de virulence: enterotoxines, invasion, antigènes,…
• Production d’antibiotique (Streptomycine)
• Plasmide métabolique: dégradation de substances inhabituelles,…

Question 21

V OU F?
Les plasmides peuvent être conjugatifs (transférables d’une bactérie à une autre durant une conjugaison promue ou non par un autre plasmide)

Answer 21

VRAI

Question 22

Quels sont les sites spécifiques d’intégration du plasmide F?

Answer 22

Hfr Hayes, Hfr C(Cavalli), Hfr B7, …

Question 23

Expliquez la cartographie du chromosome bactérien à l’aide de la conjugaison bactérienne

Answer 23

Cartographie par conjugaison interrompue: unité de minute
Principe de la méthode
- Croisement Hfr x F-
- Échantillons prélevés à intervalles de temps réguliers
- Agitation courte mais violente (inhibition du transfert: conjugaison
interrompue)
- Étalement sur des milieux sélectifs différents permettant de dénombrer
différents types de recombinants bactériens (conjugants)
* La vitesse de transfert de l’ADN étant relativement constante, le temps d’entrée des marqueurs génétiques donne une idée exacte de la distance relative (en unité de temps) qui les sépare

Question 24

Décrire ce qu’est un bactériophage

Answer 24

• Virus de bactéries constitué d’une capside protéique contenant une molécule mono ou bicaténaire d’ADN ou d’ARN et pouvant se retrouver sous deux stades: intracellulaire et extracellulaire
• Les phages sont des parasites intracellulaires obligatoires

Question 25

Nommer et expliquez les types de bactériophages

Answer 25

A) Phages virulents: cycle lytique • Les phages qui lysent (destruction) toutes les bactéries qu'ils infectent sont appelés phages virulents Ex.: phages de la série T B) Phages tempérés: cycle lytique ou cycle lysogénique • Le phage tempéré peut se comporter comme un phage virulent et suivre le cycle lytique ou demeurer à l'état latent dans une bactérie hôte (cycle lysogénique) Ex.: P1 tempéré, P22 tempéré, lambda tempéré C) Prophage • Forme latente du génome viral qui réside dans l’hôte sans le détruire Ex.: Prophage lambda de E. coli - L'ADN du phage lambda s'intègre par recombinaison dans un site spécifique du chromosome d' E. coli et y demeure dans un état passif (prophage)

Question 26

Qu'est-ce qu'une bactérie lysogène?

Answer 26

• Bactéries qui possèdent et transmettent à leur descendance le pouvoir de produire des phages en absence d'infection (elles possèdent l’ADN du phage) Ex.: E. coli (lambda), E. coli (P1)

Question 27

Définir la transduction bactérienne

Answer 27

• Transfert génétique au cours duquel un ou plusieurs gènes bactériens sont transmis d’une bactérie donneuse à une bactérie receveuse par l’intermédiaire d’un bactériophage transducteur qui agit comme vecteur en transportant une portion du chromosome bactérien de la donneuse à la receveuse

Question 28

Nommer les 2 types de transduction

Answer 28

généralisée ou spécialisée

Question 29

Expliquez ce qu'est la transduction généralisée + la cinétique de la transduction généralisée

Answer 29

Transduction généralisée - Transduction dans laquelle les phages tempérés ou virulents transportent un exogénote bactérien qui peut correspondre à n'importe quel fragment du chromosome de la bactérie donneuse. Ex.: P1 / E. coli, P22 / S. Typhimurium Cinétique de la transduction généralisée (ex.: P1 / E. coli) Comme pour la transformation et la conjugaison, la cinétique de la transduction bactérienne consiste en deux grande étapes: - Transfert de marqueurs génétiques de la donneuse à la receveuse par l’entremise d’un vecteur phagique - Recombinaison de ces marqueurs au génome de la bactérie receveuse

Question 30

Donner les 3 étapes de la cinétique de la transduction généralisée

Answer 30

1) Infection phagique des bactéries donneuses 2) Erreur lors de l’assemblage des phages (encapsidation) - Lors de l’encapsidation du génome phagique, un court fragment d’ADN bactérien peut être incorporé (encapsidé) par erreur et au hasard dans la tête phagique, soit la formation d’un phage transducteur 3) Lyse des bactéries donneuses et libération de phages normaux et transducteurs - La très grande majorité (>99%) des phages produits sont normaux tandis qu’une minorité possèdent seulement de l’ADN bactérien dans leur capside (Phage transducteurs) Les phages transducteurs ne contiennent pas d’ADN viral ! 4) Infections des bactéries réceptrices par les phages normaux et transducteurs - L’infection d’une bactérie par un phage transducteur (incapable de lyser la bactérie) produira un transductant (après intégration de l’ADN par recombinaison dans le génome de la bactérie réceptrice)

Question 31

Expliquez ce qu'est la transduction spécialisée

Answer 31

Transduction spécialisée - Transduction dans laquelle un phage tempéré, défectif pour une partie de son information génétique, a inséré, de manière stable dans son génome, un fragment d'ADN de la bactérie donneuse correspondant à quelques gènes bactériens spécifiques Ex.: lambda / E. coli, φ80 / E. coli

Question 32

Donner les 3 étapes de la cinétique de la transduction spécialisée

Answer 32

1) Libération du prophage du chromosome d’une bactérie sauvage lysogène donneuse - Sous certaines conditions de culture (ex.: irradiation aux ultraviolets), le prophage devient susceptible à son excision du chromosome bactérien 2) Erreur d’excision du prophage - À l'aide d'enzymes phagiques spécifiques, il y a excision normale du prophage produisant ainsi un génome phagique et un génome bactérien intact - Avec une fréquence très faible (10-6 à 10-7), il peut se produire une erreur d'excision suite à des clivages incorrects. Cette erreur d'excision produit des fragments hybrides d'ADN (ADN phagique + ADN bactérien) - Puisque le prophage lambda s'intègre dans le chromosome bactérien entre les gènes bactériens gal et bio, certains phages transducteurs contenant gal [phage lambda défectif gal] ou bio [phage lambda défectif bio] peuvent être produits suite aux erreurs d'excision, d'où la transduction spécialisée 3) Lyse des bactéries donneuses et libération des phages normaux et des phages défectifs La majorité des phages libérés sont normaux tandis qu'une faible proportion sont transducteurs (fréquence de phages lambda défectifs: 10-6 à 10-7) 4) Infection de bactéries receveuses par des phages normaux/défectifs 5) Recombinaison homologue de l’ADN transduit au génome de la bactérie receveuse (transductant)