– 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 Professeur : Pr. Romond
Binôme : n°8 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
1/7

2015-2016 Code génétique - BPV
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 phage-
cellule, 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 gé nétiques 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
2/7

2015-2016 Code génétique - BPV
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.
3/7

2015-2016 Code génétique - BPV
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
4/7

2015-2016 Code génétique - BPV
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.
5/7