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Plan de cours MCB 1980 1) Description du cours; classification et historique 2)

Plan de cours MCB 1980 1) Description du cours; classification et historique 2) Structure et composition chimique des bactéries 3) Nutrition et croissance des microorganismes 4) Action des agents physiques et chimiques sur les bactéries 5) Génétique bactérienne 6) Relation hôte-microorganisme 1 Échange d’information génétique chez les bactéries " ## #1) Transformation# # #2) Conjugaison# # #3) Transduction # 2 1) Transformation bactérienne: historique " Frederick Grifﬁth (1928): # # Étudie le transfert de la virulence de la bactérie pathogène Streptococcus pneumoniae! # Principe de l’expérience de Grifﬁth" A. Types morphologiques de pneumocoques (S et R)# B. Transformation des pneumocoques de forme R en pneumocoques de forme S# C. Agent transformant: l’ADN# 3 A) Types morphologiques de pneumocoques " 1) Pneumocoques sauvages encapsulés et virulents (forme S)# Les pneumocoques entourés d'une capsule de polysaccharides (encapsulés) sont virulents (septicémie mortelle) et ils forment sur un milieu solide des colonies dont le contour est lisse (forme S: smooth ou forme L: lisse)" " 2) Pneumocoques mutants non capsulés et non virulents (forme R)# Les pneumocoques mutants sans capsule ne sont pas virulents et ils forment sur un milieu solide des colonies dont le contour est dentelé (forme R : rough, rugueuse) " " http://www.bacteriainphotos.com 4 Expérience de Grifﬁth (suite)# B) Transformation des pneumocoques de forme R en pneumocoques de forme S# # • Des souris inoculées avec un mélange de pneumocoques S virulents tués par la chaleur (non pathogènes) et de pneumocoques R non virulents vivants (non pathogènes) meurent. De plus, des pneumocoques S virulents vivants sont isolés à nouveau de ces souris mortes" • Il semble que les débris (agent transformant) des pneumocoques S chauffés (non vivants) transforment des pneumocoques R vivants en forme S. # • = transformation# " 5 Expérience de Griffith (suite) Prescott 2002, p229 S= mort R = survie S tuée = survie S tuée + R = mort B) 6 C) Agent transformant = l’ADN " -En 1944, Oswald Avery, C.M. Macleod et McCarthy ont démontré que l'ADN présent dans les débris des pneumocoques S tués par la chaleur est la seule classe de molécules qui transforme des colonies rugueuses (pneumocoques R vivants) en colonies lisses (pneumocoques S vivants). Les protéines et les lipides n’ont aucun pouvoir de transformation." -La démonstration que l'ADN est l'agent transformant constituait pour la première fois une preuve que la substance responsable de l'hérédité (gènes) était l'ADN. On croyait jusque là que c’était les protéines car elles sont plus complexes que l’ADN.# 7 Transformation bactérienne# Déﬁnition : Processus dans lequel une bactérie receveuse absorbe de l'ADN nu libéré dans le milieu par la lyse, accidentelle ou provoquée, de bactéries donneuses" " • Ces fragments d'ADN absorbés peuvent se recombiner au chromosome de la bactérie réceptrice pour ainsi produire des transformants (recombinants bactériens) " " Brock 2007, p271 8 Caractéristiques de la transformation bactérienne# A) Compétence bactérienne: Aptitude de certaines bactéries à absorber des fragments d’ADN libre et de les incorporer dans son génome." " • Facteurs de compétence: récepteurs, nucléases, protéines liant l’ADN simple brin " " " " " " " " "* Paramètres pouvant inﬂuencer la compétence:" " "- Espèce bactérienne "- Milieux de culture" " "- Phase de croissance "- Changement rapide de température" " B) Exemples de bactéries compétentes# # Bactéries Gram + : Streptococcus pneumoniae, Bacillus subtilis, …" Bactéries Gram - : Neisseria gonorrhoeae, Haemophilus inﬂuenzae, …" " 9 Transformation bactérienne# Brock 2007, p273 Recombinaison homologue a) Adsorption de l’ADN (récepteur) b) Entrée de l’ADN (simple brin) c) Recombinaison homologue d) Bactérie transformée (transformant ou recombinant) 10 Transformation bactérienne# Prescott 2002, p306 11 12 Transformation# https://www.youtube.com/watch?v=hSbTWaR6Lzk Importance de la transformation bactérienne# # • Transfert génétique horizontal ou latéral # • Génie génétique# - Induction de la compétence chez E. coli (bactérie naturellement non transformable) par traitement au chlorure de calcium [CaCl2] et d'un choc thermique" - Entrée forcée par la déstabilisation de la paroi par un choc électrique (électroporation)" - CLONAGE: De l’ADN de n’importe quelle origine peut être introduit dans des bactéries en l’insérant dans un plasmide avant transformation" 13" 2) Conjugaison bactérienne " 14" 2) La conjugaison bactérienne# Découverte de J. Lederberg et E. Tatum (1946)# # Ils utilisèrent deux souches auxotrophes, présentant plusieurs exigences nutritionnelles différentes (poly-auxotrophes), " # Souche A: Bio- Phe- Cys- Thr+ Leu+ Thi+" Souche B: Bio+ Phe+ Cys+ Thr- Leu- Thi-" "(+ = synthèse; - = absence de synthèse)" "(Bio: biotine; Phe: phénylalanine ; Cys: cystéine ; Thr: thréonine; Leu: leucine; "Thi: thiamine)" # Principe de l’expérience de Lederberg et Tatum# " Ils étalèrent soit environ 108 bactéries de la souche A ou de la souche B (groupes témoins), soit un mélange de bactéries des deux souches (groupe expérimental: le mélange est préalablement incubé pendant 4 à 5 heures dans un milieu riche) sur des boîtes contenant du milieu minimal (eau, sels minéraux, glucose et agar) " 15" Résultats" " A) Groupes témoins# • Aucune colonie n’apparaît sur les milieux ensemencés avec des bactéries de la souche A ou de la souche B (milieu minimal)" " B) Groupe expérimental# • Environ 10 colonies deviennent visibles (croissance) sur le milieu ensemencé avec le mélange de bactéries de la souche A et de la souche B (fréquence: 101 / 108 = 10-7 = 1/10 000 000)" " "► Ces colonies sont nécessairement prototrophes puisqu'elles sont capables de" " croître sur un milieu minimal sans supplément nutritionnel" # Conclusion# " Les nouvelles colonies de type prototrophe (Bio+ Phe+ Cys+ Thr+ Leu+ Thi+)" obtenues sur le milieu minimal sans supplément nutritionnel (groupe expérimental) sont des bactéries recombinantes résultant probablement d'un échange de matériel génétique entre les deux souches bactériennes" La conjugaison bactérienne# 16" La conjugaison bactérienne# 17 1) Nécessite un contact physique entre les bactéries (B. Davis 1950)# 2) Présence d’un facteur de fertilité (F) dans les bactéries donneuses (W. Hayes 1952)# 3) Transfert linéaire de l’ADN (plasmide ou chromosome) de la bactérie donneuse dans la bactérie receveuse F- (E. Wollman et F. Jacob 1957)# Caractéristiques essentielles # de la conjugaison bactérienne# 18" B. Davis 1950# " - Un contact physique entre les deux souches est essentiel pour produire des bactéries prototrophes (recombinants) (Expérience du tube en U)" 1) Nécessite un contact physique entre les bactéries# 19 W. Hayes 1952# " Il démontra que le transfert de gènes observé par Lederberg et Tatum s’effectuait dans un sens déterminé. Il émit donc l'hypothèse de la présence d'un facteur de fertilité (F) dans les bactéries donatrices" " A) Bactéries receveuses: F- (sans facteur de fertilité)# B) Bactéries donneuses: F+ (avec un facteur de fertilité F)" Lors d’un croissement F+ x F-, les descendants ne sont que rarement modiﬁés dans leur auxotrophie, mais les souches F- deviennent fréquemment F+" "⇒Le Facteur de fertilité F est sur un plasmide # # C) Bactéries donneuses: Hfr (haute fréquence de recombinants)# # * Les bactéries donneuses transferts des gènes chromosomiques avec une grande efﬁcacité, mais ne transforment pas les bactéries receveuses en cellule F+. (croissement Hfr x F- : recombinants bactériens)" " ⇒Le facteur de fertilité F est intégré dans le chromosome bactérien à des sites spéciﬁques" Présence d’un facteur de fertilité (F) dans les bactéries donneuses " 20 Transfert linéaire de l’ADN (plasmide ou chromosome) de la bactérie donneuse dans la bactérie receveuse F- (E. Wollman et F. Jacob 1957)# # Le chromosome circulaire (Hfr) ou le plasmide F de la donneuse est transféré dans la receveuse F- de façon linéaire à partir d'un point spéciﬁque appelé origine de transfert [O] (transfert orienté et progressif)." 3) Transfert linéaire de l’ADN# 21 Déﬁnition de la conjugaison bactérienne# # • Mécanisme qui consiste en un transfert linéaire et unidirectionnel du chromosome bactérien (Hfr) ou du plasmide F de la cellule donneuse à la cellule receveuse (F-) à l'aide d’un contact direct entre les cellules (contact initié par le pilus sexuel)" La conjugaison bactérienne# Fimbriae pilus sexuel Système de sécrétion de type IV 22 La conjugaison bactérienne: F+ x F-# Brock 2007, p282 Origine de transfert (O) 23 La conjugaison bactérienne: F+ x F-# Origine de transfert 24 25 https://www.youtube.com/watch?v=VU7brO7A36w Conjugaison : Bactérie F+ vers bactérie F-# Le plasmide F# Structure générale du plasmide F (plasmide conjugatif)# # Le plasmide F est une petite molécule d'ADN bicaténaire circulaire de 95-100 kpb, extra ou intrachomosomique (épisome), autoréplicable et autotransférable" Épisome# - Plasmide libre ou intégré au chromosome de l’hôte" - Élément génétique susceptible de se répliquer dans l’un des deux "états: "1) Intégré au chromosome de la cellule hôte (Hfr)" " "2) Libre dans le cytoplasme : plasmide F (F+)" 26" Prescott, Fig. 14-18 • Plasmide F: Facteur de fertilité (Escherichia, Pseudomonas, Staphylococcus,…)" • Plasmide R: Résistance aux antibiotiques et autres inhibiteurs…" • Plasmide Col: Production et résistance aux bactériocines (colicine)" • Plasmide de virulence: enterotoxines, invasion, antigènes,…" • Production d’antibiotique (Streptomycine)" • Plasmide métabolique: dégradation de substances inhabituelles,…" " Peuvent être conjugatifs (transférables d’une bactérie à une autre durant une" conjugaison promue ou non par un autre plasmide)" Principaux types de plasmides# Plasmide R" 27" Brock 2007, p283 Brock 2007, p283 uploads/s3/ mcb1980-2017-cours-5.pdf