Génétique bactérienne

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Un certain nombre de partenaires vont rentrer en jeu dans le cadre de la génétique bactérienne. Ce sont : les chromosomes circulaires,  les plasmides, les bactériophages (apportent des gènes supplémentaires), les transposons (apportent des séquences d'insertion) et les îlots de pathogénicité (apportent 1 ou 2 gènes et peuvent se mobiliser)

 
 
 

 

Deux grands éléments expliquent la variabilité du génome bactérien : les mutations et les transferts génétiques

 

Dans ces deux cas il y aura conservation et transmission du patrimoine génétique de la bactérie mère à la bactérie fille. Ainsi, la variation génétique touchant une certaine bactérie touchera l'ensemble de sa descendance. C'est pourquoi il sera important de différencier ces variations génotypiques des variations phénotypiques.

1. Variations phénotypiques

 

Ce sont des variations temporaires, réversibles et non transmissibles. Elles correspondent à l'adaptation de la bactérie à son milieu, comme par exemple les enzymes inductibles qui apparaissent en fonction du milieu de vie.

 

2. Variations génotypiques

 

Ce sont des variations définitives, irréversibles et transmissibles.

 

Il existe deux mécanismes de variations génotypiques : les mutations et les transferts.

 

2.1. Les mutations :

 

Lorsque, au sein d'une population bactérienne, apparaît une bactérie présentant un caractère différent du reste de la population c'est qu'il y a eu mutation du génome de cette bactérie, on parle alors de mutant.

 

Ces mutations présentent 5 caractéristiques précises :

 

2.1.1. La rareté :

 

La probabilité de voir apparaître un mutant est faible (10-6 à 10-8) et de plus est variable selon les bactéries et selon les mutations. Les mutations ne sont décelables qu'en raison du très grand nombre de bactéries que compte une population. L'incidence de la mutation peut-être augmentée par des agents mutagènes (rayons X, ultra violet, acide nitreux ou encore nitrosoguanidine).

 

2.1.2. La spécificité

 

La mutation ne concerne qu'un seul caractère et donc est spécifique de ce caractère.

 

2.1.3. L'indépendance

 

Si on considère deux mutations A et B, leur probabilité de survenue est de 10-6 pour la mutation A et de 10-8 pour la mutation B. La probabilité de survenue d'une double mutation est de 10-14, ce qui est extrêmement faible. Ceci nous prouve l'indépendance des mutations les unes par rapport aux autres.

 

2.1.4. L'hérédité et la stabilité

 

Une mutation survenue dans une bactérie se retrouvera chez les bactéries filles et se maintiendra dans la population. Il est à noter qu'il existe un taux de "mutation reverse" qui se produit avec la même probabilité que la mutation initiale.

 

2.1.5. Spontanéité

 

Pour identifier une mutation on utilise un agent sélecteur mais la mutation existe indépendamment de l'agent sélecteur. On peut donc dire que la mutation préexiste à l'agent sélecteur ce qui prouve le caractère spontané des mutations.

 

Mise en évidence des mutants résistants à la streptomicine :

 

On a en culture une population bactérienne n'ayant jamais été au contact de la streptomicine. On utilise la streptomicine comme agent sélecteur des mutants résistants à la streptomicine, c'est à dire que l'on fera des étalements de bactéries sur deux types de boîtes de Pétri : un normal, l'autre contenant de la streptomicine.

 

On prélève une certaine quantité de bactéries de la population initiale que l'on va mettre en culture dans une boîte de Pétri normale. On fait une réplique à l'identique de cet étalement à l'aide d'un cylindre calibré au diamètre de la boîte de Pétri que l'on place dans le deuxième type de boîte de Pétri (celui contenant de la streptomicine ).

 

On obtient deux populations sans pouvoir distinguer de colonies. On va récupérer une toute petite partie de la population cultivée dans la première boîte de Pétri (sans streptomicine ) que l'on va mettre en culture dans un tube à essai.

 

On refait un prélèvement que l'on étale sur le premier type de boîte de Pétri et on fait la réplique à l'identique sur le deuxième type de boîte de Pétri. Cette fois ci des colonies (clones) sont distinguables sur les 2 boîtes de Pétri et en particulier sur celle contenant de la streptomicine.

 

On fait ensuite un prélèvement au niveau du premier type de boîte de Pétri correspondant à une zone où un clone est bien individualisé sur le deuxième type de boîte de Pétri. Ce prélèvement est mis en culture dans un tube à essai.

 

On refait ce type de prélèvement et étalement 2 fois et on obtient 2 boîtes de Pétri, l'une avec, l'autre sans streptomicine où la répartition des clones est identique. On peut dire que l'on a sélectionné les mutants résistants à la streptomicine.

 

Dans le cas d'une tuberculose le bacille tuberculeux est retrouvé en grand nombre avec un taux de mutation élevé. Si on traite par streptomicine il y a tout d'abord amélioration puis rechute très rapide due à la sélection de bacilles résistants à la streptomicine. C'est pourquoi on propose plusieurs antibiotiques lors de la tuberculose pour éviter la sélection d'un clone résistant.

 

2.2. Transferts génétiques

 

II existe trois types de transferts génétiques : la transformation, la conjugaison et la transduction.

 

Ces transferts conduisent à des échanges de matériels génétiques indispensables pour l'évolution des bactéries (car leur mode de reproduction est asexuée). Les échanges ne sont pas réciproques. Ils sont orientés dans un sens, le bénéficiaire étant la bactérie réceptrice

 

2.2.1. La Transformation

 

Elle a permis de démontrer que l'ADN était le support génétique.

 

Exemple de Griffith : Pneumocoque : bactérie sous forme capsulée, virulente peut provoquer la mort d'une souris.

 

Si l'on considère trois types de bactéries (1, 2 et 3).

 

Le type 1 capsulée provoque la mort de la souris.

 

Le type 1 capsulé + CHALEUR provoque la survie de la souris.

 

Le type 1 non capsulé provoque la survie de la souris.

 

Le type 1 capsulée + CHALEUR avec le type 3 non capsulée entraîne la mort de la souris.

 

Dans le sang de cette dernière on a un pneumocoque 3 avec la capsule de type 1. Dans l'organisme de la souris il y a eu transformation de 3 avec la capsule de 1 par le principe de transformation.

 

En 1944, Avery démontre que le principe transformant est de l'ADN (une DN'ase inhibant le principe transformant) ; l'ADN est le support de la synthèse de la capsule (support de l'hérédité).

 

Streptocoque, Haemophilus, Bacillus et Neisséria sont susceptibles de subir des transformations. De nombreux caractères peuvent être acquis par transformation : résistance aux antibiotiques, aux bactériophages, caractères métaboliques, de virulence...

 

Cet ADN constitue moins de 1% du génome de la bactérie. C'est un ADN natif qui provient d'une bactérie donatrice. La bactérie réceptrice doit être compétente. Il y a intégration de l'ADN par la bactérie réceptrice. On a pu faire la carte génétique de certaines bactéries, leur introduire des gènes et leur faire produire des protéines qu'elles ne produisaient plus.

 

2.2.2. La conjugaison

 

Le support repose sur la description de bactéries qui peuvent transmettre des caractères chromosomiques.

 

Transfert du facteur F de la donatrice vers la réceptrice, la donatrice ayant conservée son facteur. F confère la propriété de synthétiser un pili sexuel indispensables au transfert génétique et à l'attachement des deux bactéries.

 

Dans le cas des bactéries HFr (haute fréquence de recombinaison) par exemple ; il y a transferts des caractères chromosomiques.

 

Le facteur F est intégré dans le chromosome de la bactérie donatrice, puis le facteur F est transféré avec une petite partie du chromosome de la bactérie donatrice, dans la bactérie réceptrice.

 

2.2.3. La transduction

 

Elle se fait par l'intervention d'un bactériophage qui va être le support de l'ADN de la donatrice vers la réceptrice : le phage transducteur.

 

Un bactériophage est responsable d'une infection lytique ; il injecte son ADN.

 

Le bactériophages virulent se fixe sur un récepteur, injecte son ADN , il y a production de capside, la bactérie explose et il y a libération de particules phagiques.

 

Le bactériophage tempéré s'insère dans le chromosome sans qu'il y ait de cycle lytique (prophage), la bactérie est dite lysogénique pour ce bactériophages (provirus HIV : ARN en ADN qui s'intègre dans le chromosome).

 

Il peut y avoir une induction : dispersion de l'ADN bactérien dans des têtes de bactériophages. Cet ADN va ensuite pouvoir être transmis à d'autres bactéries ; donc passage d' éléments du génome de la bactérie lysogénique vers une autre bactérie.

 

Conversion lysogénique : la bactérie est infectée par un bactériophage tempéré. Certains bactériophages peuvent apporter des facteurs de virulence que la bactérie ne possédait pas. Ex : le bacille diphtérique.

 

Le gène apporté par le bactériophage donne un caractère nouveau à la bactérie (ex. le Bacille diphtérique infecté par un gène celui de la toxine diphtérique appartenant au bactériophage).

 

Le Streptocoque hémolytique groupe A sécrète une toxine érythrogène à l'origine de la scarlatine).

 

Il y a eu des tentatives d'utilisation thérapeutique de cette propriété de lyse par les bactériophages, mais sans suite .C'est un échec du à l'émergence de mutants résistant des bactériophages et également du au développement d'anticorps par l'organisme.

 

De plus il est difficile de trouver des bactériophages d'activité universelle .il fallait des bactériophages spécifiques mais de préparation trop longue.

 

La lysotypie : c'est une activité de bactériophage sur une souche bactérienne .On compare les lysotypes de différentes souches et on retrouve la filiation (Ex: épidémies de listéria: les souches peuvent être comparées entre elles).

 

Exceptionnellement on utilise des bactériophages pour faire une identification bactérienne.