gal
publicité
Génétique chez les bactéries Les bactéries constituent un des trois grands ensembles du vivant 1- les EUCARYOTES : organismes dont les cellules disposent d’un noyau 2- les PROCARYOTES : organismes dont les cellules ne disposent pas de membrane nucléaire 2.1 les bactéries 2.2 les archaebactéries 3.5 milliards d’années Quel intérêt d’étudier les bactéries en génétique? Permet de mettre en évidence des événements rares!!!! - Les bactéries se multiplient rapidement!!! 109 cellules à partir d’une seule dans un ml de milieu liquide en un seul jour! 107 – 108 sur milieu solide Colonies (clones) Cellules uniques colonies La bactérie la plus utilisée en génétique (et en biologie moléculaire!!) est Escherichia coli -Bactérie intestinale trouvée chez tous les animaux à sang chaud -Capable de croître en conditions aérobie et anaérobie -Les souches de laboratoire sont non pathogènes -Organisme prototrophe : capable de synthétiser tous les acides aminés et toutes les bases nucléotidiques! -Est capable de croître sur milieu minimum en utilisant du glucose comme seule source de carbone -Taux de division très élevé! Le génome bactérien est constitué d’un seul chromosome CIRCULAIRE!!! 4-5 Méga bases (millions de nucléotides) L’ADN se réplique dans la cellule et la cellule se divise par fission binaire! Petite mise au point concernant la description des génotypes/phénotypes chez les bactéries!!! Le caractère « sauvage » (WT) est marqué par un « + » Le caractère « mutant » est marqué par un « – » Trois lettres en minuscule et italique ……c’est un gène! Trois lettres, dont la première en capitale et pas d’italique….c’est un phénotype! Exemples : bioargmetlacgalstrr strs Ne synthétise plus de biotine Ne synthétise plus d’arginine Ne synthétise plus de methionine Incapable d’utiliser le lactose Incapable d’utiliser le galactose Streptomycine résistant Streptomycine sensible En plus du génome nucléaire, les bactéries disposent souvent de PLASMIDES! ADN sous forme circulaire (1kb à 3Mb), portant des gènes non-essentiels à la bactérie (permettent leur adaptation au milieu) Se répliquent indépendamment du génome! Permettent le transfert de gènes d’une bactérie à l’autre! IS = « Insertion Sequence » Tn = « Transposon » Comment se déroulent les transferts de gènes chez les bactéries? 3 mécanismes principaux! Conjugaison La conjugaison bactérienne Découverte de la conjugaison Lederberg et Tatum (1946) Existe-t-il un processus de reproduction sexuée chez les bactérie ainsi que des recombinaisons? 1 bactérie sur 107 La conjugaison bactérienne requiert un contact physique entre les souches impliquées. Pilus Découverte du plasmide F (Fertility Factor) William HAYES (1953) découvre que le transfert de gènes au cours d’une conjugaison ne se déroule que dans une seule direction. 2 types sexuels???? En fait, le facteur de fertilité est un plasmide Plasmide F Une souche donneuse (F+) Une souche receveuse (F-) Ceci n’est pas un processus de reproduction sexué!! Processus de conjugaison Découverte des souches Hfr (High Frequency of Recombination) (Luca CAVALLI-SFORZA) Isolement de souches F+ qui produisent 1000 fois plus de recombinants pour des marqueurs génétiques par conjugaisons qu’avec des souches F+ classiques (Lederberg et Tatum) Souches Hfr De plus, les souches receveuses transformées ne deviennent pas F+ ou Hfr !!!!! Nature exacte des souches Hfr fut découverte par Elie WOLLMAN et François JACOB Hfr Strs azi+ ton+ lac+ gal+ X F- Strr azi- ton- lac- gal- Croisement interrompu Sélection sur milieu contenant de la streptomycine Élimination de la souche Hfr Croisement interrompu Résultat Les marqueurs sont transférés de manière linéaire, toujours dans le même ordre! Carte génétique en fonction du temps Autre résultat important Lorsque le croisement Hfr X F- se déroule durant 2 heures (un très long temps!!), quelques bactéries F- deviennent Hfr….. O Souches Hfr ont intégré le plasmide F dans leur génome azi ton lac gal F Les souches Hfr se forment par recombinaison entre le plasmide F et le chromosome bactérien Le plasmide F peut donc s’insérer à une multitude de sites dans le chromosome Obtention de souches Hfr différentes à partir de la même souche F+ WOLLMAN et JACOB Isolement de plusieurs souches Hfr différentes à partir de la même souche F+ Hfr Croisement interrompu carte H 1 2 3 AB312 O thr pro lac pur gal his gly thi F O thr thi gly his gal pur lac pro F O pro thr thi gly his gal pur lac F O pur lac pro thr thi gly his gal F O thi thr pro lac pur gal his gly F Confirme que le chromosome bactérien est circulaire! Première cartographie d’un génome bactérien La conjugaison en résumé Insertion de F Conjugaison et transfert de F Conjugaison et transfert du chromosome recombinaison Pas de recombinaison Formation d’épisomes Plasmides F’ Adelberg et Jacob (1959) - Souches Hfr redeviennent F+ - Ces souches F+ redeviennent Hfr beaucoup plus souvent! -Cette réversion produit des Hfr du même type que l’original (même point d’insertion dans le génome!!!!) La transformation bactérienne Griffith 1928 Modification d’un génotype en un autre génotype grâce à de l’ADN nu ADN Complexe de liaison à l’ADN PAROI Membrane Enzyme dégradant l’ADN Utilisation de la transformation en biologie moléculaire : Le clonage Génétique chez les bactériophages Virus infectant les bactéries Tête Queue Fibres Le cycle lytique chez les bactériophages Identification de plages de lyse Tapis bactérien Plages de lyse Croisement entre deux phages Croisement h - r+ X h + r- Alfred Hershey Phages T2 2 caractères Infection double h+ Peut infecter souche 1 h- Peut infecter souche 1et 2 r+ r- Lyse lente (petites plages) Lyse rapide (grandes plages) Ensemble de phages Infection d’un mélange souche1 et2 Recombinants Fréquence de = recombinaison Nbr total de plages Parentaux Recombinants h - r+ h + rh + r+ h - r- Attention La cartographie du génome phagique sur cette base est inexacte!!! Pourquoi? Plusieurs recombinaisons successives peuvent se produire et un recombinant peut redevenir parental durant la même infection!!! Les recombinaisons, dans ces conditions, sont donc le résultat d’une population d’évènements de recombinaisons plutôt que d’évènements précis et uniques……….. Mais on peut les utiliser afin de produire unecarte approximative!!!! Dans un même hôte, des recombinaisons peuvent se produire entre les génomes parentaux sans produire de recombinants!!! Modèle utilisé par Benzer afin de d’étudier la structure des gènes! La transduction Transfert de gènes d’une bactérie à une autre par l’intermédiaire d’un bactériophage Lederberg et Zinder; 1951 C’est le bactériophage P22 qui traverse le filtre et est responsable du tranfert de gènes! Quelques colonies sauvages!!!! Découverte du mécanisme de la transduction 1 phage sur 10.000 portera des gènes bactériens Ikeda et Tomizawa 1965 Dernier point concernant les bactériophages Certains d’entre eux (par exemple le phage lambda) sont dits « tempérés » et peuvent, soit se reproduire grâce au cycle lytique, soit s’insérer dans le génome de l’hôte par le cycle lysogénique produisant ainsi un hôte lysogène résistant à l’infection par le phage. Cycle lytique Cycle lysogénique prophage
