– UE7 : Biologie des Procaryotes et Virus– A)

2015-2016
Code génétique - BPV
– UE7 : Biologie des Procaryotes et Virus–
Suite du cours
Semaine : n°12 (du 24/11/15 au
27/11/15)
Date : 24/11/2015
Heure : de 8h00 à
09h00
Binôme : n°8
Professeur : Pr. Romond
Correcteur :
PLAN DU COURS
VI) La transduction
A)
Cycle lytique
B)
Cycle lysogénique
C)
Échanges génétiques bénéfiques
1)
Transduction généralisée
2)
Transduction ponctuelle, restreinte
3)
Transformation
4)
Systèmes de transformations
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Rappels : Transduction à partir des phages des cycles lytiques.
Lorsque l’on a une infection qui donne lieu à un cycle lytique, on va avoir une reconnaissance phagecellule, et une introduction de l’ADN phagique. L’ADN phagique prend le pouvoir, ce qui induit une
dégradation du chromosome bactérien. Le phage va rentrer en réplication, et on aura également
formation des capsides par transcription-traduction.
La dernière phase est la phase elliptique : on a une forme d’éclipse, on ne voit rien dans la cellule. On
voit apparaître des virions qui vont être libérés avec destruction de la cellule. Cependant, ce cycle peut
être modifié si le phage est lysogénique ou tempéré. Du coup, on entre directement dans l’affection vers
le système d’intégration avec plusieurs multiplications cellulaires. On va garder un certain nombre de
fonctions liées à l’ADN du phage et donc on aura une expression de nouveaux facteurs.
Quand il y a un stress, cela va induire l’excision du prophage qui prend le contrôle de la cellule et on
retourne donc en cycle lytique.
C) Échanges génétiques bénéfiques
1. Transduction généralisée
1ere étape :
On a d’abord la première phase du cycle lytique : infection. Quand on a la prise de contrôle, on a la
synthèse de nouveaux virions + capsides. Cependant, on a encore des morceaux de chromosome. On a
une erreur de capsidation et donc on se retrouve dans la cellule avec des capsides dans lesquels on a un
morceau d’ADN du chromosome. Du coup, on peut avoir des morceaux différents de chromosomes qui
vont être bloqués par leur taille, donc l’empaquetage = 2,5% d’un génome du chromosome. Nous
sommes en phase lytique donc une fois l’encapsidation, on a la lyse de la cellule et il y a la libération des
virions : A l’intérieur on aura les morceaux d’ADN chromosomiques.
2ème étape :
Rencontre avec une nouvelle cellule bactérienne avec un chromosome dedans : on peut avoir une fausse
infection, c'est à dire une introduction des gènes correspondants au virus mais ce sont des gènes
bactériens. Il va falloir une reconnaissance d’une partie du chromosome : il faut des sites d’insertions
qui correspondent, tout ne va donc pas fonctionner. On aura une partie qui ne donnera pas lieu à une
modification chromosomique. Il y a beaucoup plus de transductions qui existent que de transductions
efficaces. Recombinaison des deux structures ou délétion du morceau qui correspond et remplacement
des gènes de la bactérie précédente.
Il y a des spécificités de certains virus : certains ne pourront infecter qu’un certain type de bactérie.
Exemple des phages Béta : on vaccine par rapport à un certain type sa bactérie cible. Le code de la toxine
est un code phagique. Il faut que la bactérie héberge le phage pendant un certain temps pour exprimer la
toxine. Ici, on voit bien quand on a une transduction que l'on ne peut pas observer l’inclusion directe du
chromosome dans la toxine. Il peut y avoir des transductions amorties bien que le phage soit
lysogénique. Il faut que la cellule soit présente pour fournir la toxine, donc quand elle est en forme
prophagique, elle aurait pu au moment de l’excision avoir cette transduction généralisée. Ainsi, on peut
ne pas avoir de sites d’insertions et des morceaux qui viennent d’autres structures.
→ La transduction généralisée est possible et importante mais elle n’est pas absolue. On n’aura pas
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forcément d'inclusion dans le chromosome.
2. Transduction ponctuelle, restreinte.
La cellule est infectée par la forme prophagique pendant la période lysogénique. Le chromosome a
inclus le phage. Quand il y a excision, il peut y avoir des erreurs. Quand on va repasser en cycle lytique,
on aura un peu d’ADN chromosomique qui va passer au niveau de l’excision dans le prophage. On se
retrouve avec un phage libéré et on va faire des capsides avec dedans l’ADN virus + l’ADN
chromosomique. On va alors libérer des virions et ils vont pouvoir aller réinfecter d'autres cellules
bactériennes. Il y aura donc introduction de cet ensemble.
On va être confronté à plusieurs possibilités :
➢ Le phage s’introduit sous forme prophagique dans le chromosome de la nouvelle bactérie : C'est
un système instable. Dans le système de la transduction généralisée, il y a une modification du
génome et il n'y a plus de transduction par la voie des phages. Dans le cas présent, on va avoir un
assemblage-recombinaison qui va intégrer l’ensemble prophagique + le génome qui vient de la
bactérie précédente. Ce système va rester stable quand on est en phase lysogénique. Quand il y a
un stress : le phage reprend sa forme première avec une nouvelle erreur. On va réinfecter les
cellules avec à chaque fois des modifications, des erreurs.
Ce système peut durer longtemps, une centaine, 200 générations... ce système a une assez bonne
stabilité s'il n'y a pas de stress.
➢ On aura donc deux systèmes possibles avec recombinaison de la partie du chromosome précédent
et puis on le chromosome qui a été recombiné. Échange de gènes encore plus instables si on reste
en activité prophagique. Tout dépendra de la modification génétique. Il y aura un variabilité
importante, ou on aura toute une gamme de transduction +/- efficace selon les modifications
apportées aux phages.
La transduction est liée au cycle lytique et lysogénique. Si on regarde la transduction généralisée, le
phage va devenir un système de production de capsides pour pouvoir les transférer.
Dans la transduction restreinte, on a besoin d'un système lysogénique qui va introduire le virus qui, au
moment de l'excision, va emporter une partie du chromosome.
➔ Dépend de la grosseur des phages, des séquences génétiques et des zones d’insertions.
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Avec un même système on aura plusieurs types de transfert des gènes.
Ce système de transduction pourra s’introduire dans les plasmides : un plasmide reste un ADN double
brin avec des zones d’insertion pour les phages. Chez les plasmides, on peut avoir des erreurs d’incision
en emportant des morceaux d’ADN qui peuvent correspondre à des sites d’insertion pour les phages.
On a la conjugaison : deux bactéries vivantes qui vont transférer via des plasmides des gènes au sein
d’une même espèce. On pourra avoir des variabilités importantes qui dépendront des types de
reconnaissances. Ensuite, on aura la transduction qui sera possible en fonction du système qui sera
infecté. Dans le chromosome, c’est la descendance qui va garder le gène sous forme prophagique. Par
contre, devant un système plasmidique, on aura une transmission par conjugaison au sein d'une
espèce.
3. Transformation.
✔ Au niveau de la mise en évidence, on fait appel à des bactéries positives, streptococcus
pneumoniae.
On doit cela à Griffith qui va infecter des souris avec une souche virulente. Les souches venant des
patients qui sont malades (souches L virulentes). Quand il va injecter cette souche à la souris, elle va
mourir. Avec une deuxième souche (Rough non virulente), lors de l’injection elles ne meurent pas. Il
va tuer par la chaleur la souche L (plus une seule bactérie vivante) et les injecter aux souris. Ces souris
restent vivantes. Puis, il va mettre en présence la souche L chauffée et R cultivée, injection à la souris et
là, la souris va mourir.
Quel est le processus utilisé ici ?
•
La conjugaison fait appel à deux bactéries vivantes donc ce n’est pas la conjugaison.
•
Est ce une transduction ? un phage codant pour une toxine ? Non car le virus est sensible à la
chaleur, ils vont dépendre de la mortalité bactérienne pour se répliquer.
•
Si on passe par la température en perdant la vitalité de la bactérie, on ne peut plus transférer le
virion : système nouveau !
C’est de la transformation : au moment ou on a tué la bactérie, il est clair qu’une bactérie morte ne va
pas rester stable : il va y avoir une dégradation du corps cellulaire. On va se retrouver avec des séries de
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protéines, morceaux d'ADN dans le milieu de culture, toujours en contact. Lorsque la bactérie se divise,
elle va intégrer directement le génome. Il faut une souche réceptrice avec uniquement de l’ADN qui
peut être mis en présence, pour faire de la séparation de mono brin, il faut passer à 90°C. Quand il avait
chauffé, il n’avait pas été jusque-là car ce n’était pas nécessaire. L’ADN résiste, puis présence avec des
bactéries qui vont se répliquer + introduction de l’ADN.
La transformation va être une fréquence élevée d’absorption d’ADN : fréquence de 1/ 103. On a une
transformation sur 1 000 bactéries. Seule condition : cellule transformable.
➢ Il faut déjà une bactérie en croissance, et qui est en concentration suffisante (107-108) + phase
exponentielle de croissance.
➢ Puis, il faut que cette bactérie soit capable de synthétiser un facteur de compétence + une série de
protéines qui vont être synthétisées pour qu’on ait ce facteur. Il faut environ 8 a 10 protéines pour
réussir cette transformation.
➢ On va avoir une concentration optimale de chlorure de calcium pour réussir la transformation.
1. Fixation de l’ADN à une protéine présente en surface, protéine liant l’ADN. Il faut que cette protéine
soit associée à une fonction nucléase pour que le double brin soit coupé, et l’un des brins intacts va
s’associer au facteur : translocation du monobrin dans la cellule.
2. Intégration du morceau d’ADN dans la région homologue de la cellule hôte. Il faut un chromosome
peu différent avec un caractère en plus. Au niveau du chromosome, si la souche a intégré un gène en
plus, dans l’autre partie, il faut aussi qu’il intègre cette partie d’ADN.
Efficacité de ce phénomène :
- Phase de latente : pas de transformation
- Capacité génétique de produire 8-10 protéines
- Nucléases
- Protéines qui sont réceptrices de l’ADN
- Si non associé, on n’aura pas de translocation d’ADN.
➢ Pas de zone homologue : transformation amortie. Attention, on n'a pas 100% de transfert : on a
toute une série de possibilités pour qu’au final, ça puisse fonctionner.
➢ Si zone de recombinaison : intégration par recombinaison réciproque, et donc au moment de la
réplication, introduction du monobrin avec le complément qui va être synthétisé : transformation
stable : ADN au delà de 500kDa.
On peut avoir une transformation liée à des plasmides. Le plasmide était l’élément fonctionnel pour
réussir une conjugaison. Mais si ce plasmide est libéré au moment de la dégradation et s’il n’est pas
dégradé lors de sa libération, il garde des capacités plasmidiques, et peut être reconnu.
Introduction + phage extra chromosomique ou épisomique. La transformation, ce n’est pas de la
conjugaison car il n'y a pas besoin de bactérie vivante, mais on peut avoir le plasmide qui va être intégré
sous forme extra chromosomique ou en forme épisomique s'il y a les zones d'insertion dans le
chromosome.
Cette capacité de facilement se transformer est utilisée en biotechnologie. On utilise surtout la
transformation pour les bactéries qui ont des facteurs de compétence en faible concentration pour
lesquelles ont a du mal à mettre en œuvre la transformation, on va créer des pores à l’intérieur même de
la membrane (on fera de électroporation) et en fonction des concentrations de chlorure du calcium, on
va faire rentrer directement les plasmides.
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✔ Deuxième point : Au niveau de la résistance aux antibiotiques.
On parle de résistome : quand on va faire une analyse des gènes codant pour les résistances aux
antiobios : on aura des schémas particuliers.
Exemple : En France, bien que la vancomycine n'est pas utilisée dans l’élevage, on a une résistance à cette dernière
très élevée dans la population. En clinique vétérinaire, on a utilisé un analogue qui est aussi résistant à l’antibio :
depuis 50 ans, on doit arrêter la prise d’antibio dans les élevages jusqu' 3 semaine avant l'abattage car il faut 3
semaines pour éliminer l’ensemble des bactéries.
Sauf qu'il faut plus de 3 semaines pour éliminer les bactéries qui possèdent des plasmides, des résistances.
Du coup, quand on va abattre l’animal, la flore sera encore largement contaminée. Au moment de la mort de
l’animal, on a une translocation post mortem importante : dépend des conditions d’abatage de l’animal. Il faut
savoir arrêter l’alimentation de l’animal mais continuer à lui donner à boire. A ce moment, des bactéries se
transloquent. Si il y a des fuites de bactéries intestinales vers les muscles, plus rien ne se passe, il n'y plus de
régulation chez l'animal. Du coup, on reste avec des bactéries dans l'organisme de l'animal. Si on achète le rôti, on
va le faire cuire mais si on le mange saignant : l’ADN n'est pas dégradé et on mange régulièrement des plasmides
codant pour des résistances aux antibio. On a tout ce qui faut pour récupérer les plasmides. Une grande partie des
résistances sont hébergées chez nous. Il faut une concentration en plasmide la plus basse possible.
Quand on donne des antibios, on a un rapport étroit entre infection et nutrition. Pour gagner du poids, il
faut prendre des antibiotiques car on supprime un certain nombre d’infection. Alors que lorsqu'on a des
résistances, il faut surdoser les charges.
Le principe est : plus on a une densité importante d’individus, puis on aura de transmissions.
Exemple avec les probiotiques : Même chose qu’avec les antibiotiques. On a besoin de bactéries qui feraient le
ménage pour tous. Ils ont pris des bactéries pas très dangereuses mais les ont transformées. Sauf que pour faire la
différence de bactéries transformées ou non, il faut les sélectionner par leur résistance aux antibiotiques, ici ils ont
utilisé la résistance aux pénicillines.
Essai pour la maladie de Crohn : on a inclus des gènes qui codaient pour les cytokines : on a eu d’autres soucis
car on a transféré les plasmides de bactéries probiotiques vers la flore intestinale : cela a donné des infections non
attendues.
→ Depuis 7-8ans, on s’est calmé sur ces transformations car on n’arrive pas à bien les gérer.
4. Système de transposition.
Existe chez les plantes, les cellules eucaryotes mais aussi chez les cellules procaryotes.
Les transposons sont des morceaux d’ADN se déplaçant le long du chromosome. Il peut être procaryote,
eucaryote et même pour les virus. Le site de destination ne demande pas de zones étendues d’homologies
avec le transposon.
On a un système de séquences d’insertion :
La plus simple : séquence d'insertion de base : correspond à une zone relativement simple de 25 pb ;
zone répétée inverse (on a entre le gène de base deux séquences). A l’intérieur, on a le gène de l’enzyme
qui permet d’insérer à distance le fameux transposon. Si on regarde par rapport au plasmide, on a un
transposon incapable de se répliquer de façon autonome. Obligation d’avoir la réplication du
chromosome pour avoir la réplication du transposon.
Par rapport aux prophages, on a deux zones d’insertion ou plusieurs, on a à la fois une origine de
chromosome et une origine d’un autre. Deux séquences simples répétées de façon inverse entourant le
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gène de la transposase. On va avoir des transposons composites où il peut y avoir des modifications
génétiques. Ces systèmes vont intégrer une séquence d’insertion, les gènes vont augmenter en fonction
de ce qui va être transporté + séquences d’insertions IR – Transposase – IR. Ce système de transposition
va nous poser problème car au lieu d‘avoir une seule copie de gènes, on en a 5, donc concentration x5.
Exemple :On a eu des bactéries qui avaient fait un certain nombre de cas. A Partir des établissements de personnes
âgées en Belgique, diarrhée post antibio, déclenchement de la production de toxine. Quand on a transféré cette
personne, gérer une gastro entérite dans un service de gériatrie : pas de bons procédés. On pouvait retransférer les
spores, donc de plus en plus de cas. On se trouvait face à des personnes peu infectées, mais c’était toujours la
même souche.
Les transposons composites posent des problèmes : résistance aux antibiotiques, et amplification du
nombre de copies : multirésistances qui se retrouvent par accumulation d‘un transposon TN.
Mutation sur un gène : on a la capacité de la multiplier sur la population. Donc il existe toujours des
systèmes de régulation qui empêchent une bactérie seule de se développer. Les mutations sont gérables
d’un point de vue hospitalier. Dispersion plus facile.
L’industrie du vaccin doit être claire dans sa façon de gérer ses productions de vaccins. Ce n’est pas 0
bactérie, ce sont des procédures pour éviter les bactéries. Quand on stérilise, on va garder quelques
bactéries. Ce n’est pas parce qu’on pousse la stérilité qu’on n'aura plus de bactérie.
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