– UE : –VII I) Généralité II)

2016-2017 Génétique bactérienne
Biologie des Procaryotes et des Virus
– UE : –VII
Généralité, mutation, échanges horizontaux
Pas d'annexes
Semaine : n°11 (du 14/11/16 au
18/11/16)
Date : 15/11/2016
Heure : de 9h00 à
10h00 Professeur : Pr. Romond
Binôme : n°31 Correcteur : n°41
Remarques du professeur : pas de remarques.
PLAN DU COURS
I) Généralité
II) Mutation
A) Caractères
1) Rareté
2) Spontanéité
3) Discontinuité
4) Stabilité
5) Indépendance, spécificité
B) Echelle moléculaire
III) Echanges horizontaux de gènes par différents mécanismes
A) Conjugaison
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Modification potentiel des gènes.
On partait du principe que les gènes étaient invariants.
Les bactéries vont vites quand elles font ce qu'on vient de voir au chapitre précédent.
Et donc la polymérase 3 agit mais 2 autres polymérases sont présent (polymérase 1 et 2) pour faire la réparation.
Cependant, à certain moment il y aura quand même des erreurs de commises.
On va voir dans ce chapitre, comment ces bactéries vont évoluer, par erreur successives qu'elles vont intégrer ou
non, pour s'adapter à l'environnement.
Le monde bactérien est capable d’échanger de manière horizontale, un certain nombre de message génétique.
Chez nous
: les cellules répliquent de l'ADN, font des erreurs et la cellule vont transmettre ces erreurs a des
descendants.
Ici chez les bactéries
: 1 cellule fait tout, sauf qu'elle est contrainte par son environnement, de façon plus
importante. La seule chose qui lui permet de résister est de se retrouver en association avec d'autres membres de
sa population et d’échanger des messages qui lui permettre de résister.
Ce sont ces messages génétiques qui vont faire l'adaptation de ces populations microbienne .
I) Système générale de la génétique par rapport a la modification du
métabolisme
A l'hôpital, on voit arriver des patients qui ont un escherichia coli agressif, on veut les traiter par antibiothérapie.
Première chose, on s'interroge si on voit une résistance.
Par ex, actuellement on a des spectres de béta-lactamases élargies. Cela veut dire que la béta-lactamase produite va
dépasser sa sensibilité a l'inhibiteur de béta-lactamase qu'on met avec certain antibiotiques.
C'est le système qu'une bactérie peut mettre au point : elle va dégrader la béta-lactamine avant que celle ci
l'empêche de faire sa paroi.
Classiquement, on apporte de l'acide muramique (??) par ex, et on empêche la béta-lactamase d'être actif car on lui
propose un autre substrat. Cette enzyme est donc bloquée par cet inhibiteur.
La béta lactamine est elle même insensible a la béta lactamase bactérienne et peut donc agresser des bactéries.
Or, on s'est aperçu que même si on met un inhibiteur, il y a avait une résistance.
Quand on dépose le mélange antibiotique-inhibiteur : on a quand même une culture.
C'est ce qu'on appelle les béta lactamases a spectres élargies.
On a deux solutions
:
–la bactérie produit + d'enzyme : on a une concentration donné d'un inhibiteur adapté à un concentration
d'enzyme. Si on a saturé en enzyme : la concentration en inhibiteur est insuffisante. On sélectionne des
bactéries qui étaient + productrices (Régulation métabolique)
–brutalement, la bactérie a acquis une modification génétique directement sur le gène codant pour la béta
lactamase. Et du coup l'enzyme va être moins adapté a l'inhibiteur (Résistance)
La premier chose que doit faire un bactériologistes
: faire le distingo entre une adaptation par modification
physiologique ET l’acquisition d'une mutation qui va induire une modification protéique et ensuite un nouveau
comportement de la colonie.
Cela est vrai pour tout.
Quand on parle de l'opéron lactose, on a parlé des escherichia coli et shigella.
Quand on est du coté du patient et qu'il fait une diarrhée chez myéloïde (avec du mucus qui est éliminé au niveau
de la diarrhée) versus une diarrhée qui est cholériforme, la 1ère chose qu'on fait en tant que bactériologiste, on
isole les germes. On s'est alors retrouvé devant des bactéries GRAM- qui appartenaient à la famille des
entérobactériacée et on s'est dit qu'elle est la différence ?
On a regardé d'un point de vue physiologie, qu'est ce que ces bactéries étaient capables de fermenter en terme de
sucre différent et en particulier du lactose ?
On a eu pour les premier qui avait une diarrhée chez myéloïde, des bactéries GRAM- qui, en 24h, n'était pas
capable de perdurer et d’être jaune. On s'est donc dit qu'il n'y avait pas de béta-galactosidase et donc c'est une autre
entérobactérie que celle qui va donner lieu a la tourista.
Et elle, elle avait bien une béta-galactosidase qui s'exprimait en 24h.
Donc en regardant, on s'est dit qu'il y avait 2 espèces, sur la base de l'adaptation physiologique : des shigella d'un
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coté et les autres : genre erechichia.
Quand on est remonté un peu plus haut
: on est aller sur les produits des gènes, sur la recherche des gène de la
béta- galactosidase, il y avait bien la béta galactosidase dans les 2 cas. (il y avait le gène et un produit du gène)
Cela signifie donc qu'on arrive a faire produire, mais très lentement (ce qu'on appelle des lactoses lents), aux
shigelles, la béta-galactosidase.
Donc ça veut dire que ce n'est pas génétique : il n'y avait pas de soucis sur la béta galactosidase, mais la
différence c'est qu'il y avait une différence de régulation métabolique.
Au sein de escherichia coli, on peut avoir des régulations + ou – rapide, mais qu'en tant que observateur on
regardait trop rapidement : on ne voyait pas tout. Et donc par rapport a la production bactérienne : on pensait
qu'elle avait été réprimé en expression de béta-galactosidase et on avait l'impression d'avoir une autre espèce.
Il faut faire très attention sur le distingo
: quand on voit le phénomène sur le patient, animaux.. les bactéries
s'adaptent a plusieurs biotopes, mais la première chose a faire c'est de regarder si c'est une régulation
physiologique avec des phénomène d’atténuation + ou – efficace.
Comme tout est affaire de cinétique, on peut avoir différence entre un organisme A et un organisme B qui ont subis
des contraintes différentes.
Par contre il y a des choses possibles en terme de mutation génétique.
II) Mutation
A) Caractéristiques
1) Rareté
On prend le point de vue du bactériologiste qui est devant des populations bactériennes il ne faut pas se poser dans
l'hypothèse que par le comportement on va induire une mutation.
Il faut d'abord avoir en mémoire que dans une population bactérienne on va créer : et donc + on va vite, + on a la
possibilité d'avoir une erreur et des erreurs acquises.
Il faut se souvenir qu'une mutation c'est rare et que ça va arrive a une fréquence de 1/10^8 a 1/10^10.
Donc principale caractéristiques d'une mutation : rareté.
10^10 = 10 milliards : 10 milliard de bactéries c'est très vite obtenues du moment qu'on a un volume suffisant.
Dans un tube
: on considère qu'on est a 10^8bactérie /mL.
Si on a 10mL
: on va être a 1 milliard de bactérie : 10^9 sur l'ensemble du volume.
Si c'est une fréquence qui est a 1/10^10
: on ne le verra pas.
Si on travaille sur 1L = 1 000 mL.
Si on est a 10^8 par mL sur 1L on sera a 10^11 bactérie / L et donc si on est a une fréquence de 1/10^10, cette
fois, on le verra.
Cette probabilité d’apparaître va correspondre aux probabilités de mutations au niveau des gènes.
2) Spontanéité
2ème principe : spontanéité du phénomènes :
C'est très important et en particulier quand on s'adresse a ce qu'on entend dans la population général « parce qu'on
donne des antibiotiques, on a induit des mutations ».
Comment est ce qu'on arrive a montrer le phénomène
?
Si on a une population dans un volume donné : imaginons on va prendre un volume de 100mL de milieu de
culture.
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On part de l'escherichia coli qu'on met dans un volume de 100mL.
Puis on a dilué la quantité de bactérie pour être a 10^3 UFC/mL.
Ensuite on va répartir ces 100mL en 2, de façons différentes
:
–cas 1 : on va répartir les 100mL en quantité très faible : on va faire 100 x 1mL
–cas 2 : 100mL : reste sous forme de 100mL
Pour chaque mL
: on a que 10^3 bactérie par mL dans les 2 cas normalement.
La seule chose qui diffère est la répartition.
Ensuite on va ensemencer sur un milieu de culture chaque mL : donc dans le premier et deuxième cas : 100 boites
avec 1mL chaque fois
Mais avant de faire ça
: on incube et donc normalement on augmente quantité de bactérie.
On mettra un antibiotique et un sélecteur dans les 2 cas.
Logiquement, comme on a les mêmes milieu de culture, si on a répartie dans les 2 cas : c'est le sélecteur, le même
nombre de mutant qui vont résister aux antibiotiques. C'est bien le sélecteur antibiotique qui va faire la mutation.
Sauf que, dans la réalité, dans le premier cas
: on a moins de mutation que dans le deuxième cas.
La seule étape qui était différente
: c'est l'étape de répartition.
Donc c'est bien avant qu'on ait mit l'antibiotique, que ça s'est passé avant.
Sur 100mL
: 10^3/mL : on a déjà 10^5 au global.
Alors que si on a réparti par mL et que le volume par mL est de 10^3 alors il reste de 10^3
Si on a le même temps de multiplication
: on va avoir, sur 100mL, des populations gigantesques plus vites, que
sur 100 x 1mL.
Donc on se retrouve par ex avec 10^8 par mL mais comme on a 100 mL on en a 10^10.
Si on une fréquence de mutation qui est de 1/10^10 : on en aura pas suffisamment car dans le premier cas on ne
sera qu'à 10^8/mL.
Dans le deuxième cas
: au minium on aura 1 boite qui va donner un mutant qui va résister.
Si on avait sélectionné in fine, au moment du dépôt, si on avait induit sur le 10^8 : logiquement on aurait eu autant
de fréquence de mutation dans les 2cas.
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Mais comme ça c'est passé avant : on a ici une différence.
On a donc une erreur de mutation rare, qu'on a pu voir dans un gros volume (et pas dans le petit volume)
Il y a donc un effet sélecteur mais pas inducteur.
Le corollaire, pour éviter sur des épidémies de sélectionner des mutants, c'est en général que la population
microbienne soit la plus basse possible.
Le principe c'est d'aller très vite.
Pour gérer correctement ce type de connaissance, c'est éviter qu'on arrive a des concentrations maximales de
10^10 et si on a une infections qui se développe, on la laisse trainer, on aura une population plus importante, et à
un moment donné, elle sera suffisamment important pour avoir 1 mutant au milieu de la population.
On a comprit que c'était rare, qu'il faut des grandes populations, que c'est spontané : on a un effet de sélecteur mais
pas d'inducteur.
Pourtant il y a le phénomène de la discontinuité.
3) Discontinuité
Ce n'est pas à chaque réplication qu'on va avoir la possibilité d’avoir une erreur acquise.
Dessin :
Ça se produit lorsqu'on a regardé ce qu'il se passait en fonction des types de sélecteur que sont les antibiotiques.
On a vu que dans certain cas
: à un moment donné on s’aperçoit qu'on va avoir une population qui va apparaitre au
fur et a mesure de repiquage.
Pour une concentration donné on aura une concentration de 10 fois la concentration de base.
C'est le système one step : on a tout de suite une concentration non négligeable.
Système multi step
: première population va apparaître.
Quand on la reprend plusieurs fois elle va être capable de résister a plusieurs endroit.
Et a un moment donné on aura des concentration très importantes auxquelles vont résister les bactéries.
Ce phénomène de discontinuité dépend du sélecteur et du mécanisme de sélection.
4) Stabilité
Critères de stabilité :
2 type de stabilité :
–lié a une modification qui est ponctuelle : a force de répliquer sur un volume important on pourra avoir
une 2ème mutation
–mais si on a eu une délétion, la stabilité est acquise spontanément
Tout dépendra en matière de stabilité de la longueur sur le gène qui aura était modifié.
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