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Chapitre VI : Génétique bactérienne 2eme année Classes Préparatoires SNV 1 Chap

Chapitre VI : Génétique bactérienne 2eme année Classes Préparatoires SNV 1 Chapitre VI : Génétique bactérienne 1- Généralités Génome bactérien : les bactéries sont des organismes unicellulaires dépourvus de membranes nucléaires. La plupart des génomes bactériens consistent en un chromosome circulaire (une seule molécule d’ADN) de plusieurs milliers paires de bases (la taille du chromosomes d’Escherichia Coli est de 4,6 millions de paire de bases). Les plasmides : en plus du chromosome, de nombreuses bactéries contiennent des plasmides qui sont de petites molécules circulaires d’ADN. En général, les plasmides portent des gènes qui ne sont pas essentiels au fonctionnement des bactéries mais qui peuvent jouer un rôle dans les croisements entre bactéries et aussi la résistance aux antibiotiques et même produire des substances toxiques pour d'autres bactéries. Un plasmide possède sa propre origine de réplication et peut s répliquer indépendamment du chromosome de la bactérie. Les plasmides : En plus du chromosome, de nombreuses bactéries contiennent des plasmides qui sont de petites molécules circulaires d’ADN. En général, les plasmides portent des gènes qui ne sont pas essentiels au fonctionnement des bactéries mais qui peuvent jouer un rôle dans les croisements entre bactéries et aussi la résistance aux antibiotiques et même produire des substances toxiques pour d'autres bactéries. Chapitre VI : Génétique bactérienne 2eme année Classes Préparatoires SNV 2 Milieu de culture: Un milieu de culture est un support qui permet la culture des bactéries afin de permettre leur étude. En principe, les cellules trouvent dans ce milieu les composants indispensables pour leur multiplication en grand nombre, rapidement, mais aussi parfois des éléments qui permettront de privilégier un genre bactérien par rapport à un autre. Un milieu minimum est un milieu comportant les éléments chimiques strictement nécessaires à la croissance bactérienne, sous une forme utilisable par des bactéries n'ayant pas d'exigence particulière. Composition d’un milieu minimum : 1-Une source de carbone et d'énergie, généralement le glucose. 2-Sels minéraux: Une source de potassium et de phosphore: K2HPO4 Une source d'azote et de soufre: (NH4)2SO4 Une source de magnésium: MgCl2 Une source de calcium: CaCl2 Une source de fer: on emploie le citrate de fer (le citrate a pour rôle de maintenir le fer en solution) Une source d'oligo-élements: sels de Cu, Zn, Co, Ni, B, Ti 3-Une source d'eau, indispensable à toute forme de vie: on utilise l'eau distillée (stérile) Un milieu sélectif est un milieu de culture qui permet d’isoler une souche donnée et d’éliminer toutes les autres. L’élimination des souches indésirables se fait par l’utilisation dans le milieu de culture : • D’un Antibiotique auquel les bactéries sont sensibles • De l’Absence d’un facteur de croissance nécessaire • De l’Addition d’une source de carbone que ces bactéries sont incapables de dégrader • De l’Utilisation d’un phage Chapitre VI : Génétique bactérienne 2eme année Classes Préparatoires SNV 3 Bactéries prototrophes (sauvages): peuvent utiliser les simples ingrédients du milieu minimum pour synthétiser tous les composés nécessaires à leur croissance et reproduction (milieu minimum : source de carbone + eau + sels minéraux). Bactéries auxotrophes : c’est des souches mutantes qui ont une déficience en une ou plusieurs enzymes nécessaires à la synthèse de molécules essentielles. Elles ne peuvent croitre que sur milieu auquel sont ajoutés des suppléments nutritifs. Exemple : une souche auxotrophe incapable de synthétiser la leucine ne poussera pas sur un milieu minimum. Pour qu’elle puisse pousser il faut donc ajouter la leucine au milieu. Un milieu complet contient toutes les substances nécessaires à la croissance et à la reproduction des bactéries. Ecriture conventionnelles du milieu de culture : Par convention, un milieu de culture s’écrit de la manière suivante : Milieu minéral (ou bien : Eau + sels minéraux) + sucre que la bactérie dégrade + les facteurs de croissance que la bactérie ne synthétise pas. Remarque : toutes les bactéries sont capables d’utiliser le glucose (Glu) comme source de carbone Ecriture conventionnelle du génotype : l’écriture du génotype d’une bactérie donnée consiste à reprendre les trois premières lettres de l’élément considéré suivis du signe (+) ou du signe (-) pour les facteurs de croissance et les sucres. Alors que pour les antibiotiques et les phages ils sont suivis par des lettres (S) en cas de sensibilité et (R) en cas de résistance. Exemple : Gal+ Leu+ His- Lac- StpR T1S Selon ce génotype, cette bactérie est capable de dégrader le galactose mais ne peut pas dégrader le lactose. Elle synthétise la leucine mais ne peut pas synthétiser l’histidine. Elle est sensible au phage T1 et résistante à l’antibiotique streptomycine. Du moment que toutes les bactéries peuvent utiliser le glucose et donc sont toutes (Glu+), l’écriture de ce dernier dans le génotype n’est pas nécessaire Symboles utilisés en génétique bactérienne Chapitre VI : Génétique bactérienne 2eme année Classes Préparatoires SNV 4 2-Transferts génétiques chez les bactéries La bactérie peut être l'objet de variations génétiques autres que la mutation par différents processus : a- Transformation b- Transduction c- Conjugaison. a-Transformation : Chapitre VI : Génétique bactérienne 2eme année Classes Préparatoires SNV 5 b- Transduction : c- Conjugaison bactérienne Définition : c’est le transfert du matériel génétique d’une bactérie donatrice (male) à une bactérie réceptrice (femelle) après contact direct entre les deux bactéries grâce aux pili sexuels. En 1946, Joshua Lederberg et Edward Tatum, par une expérience à la fois simple et élégante, exploitent les exigences d’E. coli en certains nutriments pour démontrer l’existence de la recombinaison génétique. Ils utilisent deux souches A et B présentant des exigences nutritionnelles différentes. La souche A est auxotrophe pour la méthionine et la biotine et prototrophe pour la leucine et la thréonine ; son génotype est donc : met – bio – leu+ thr+. La souche B est auxotrophe pour la thréonine et la leucine et prototrophe pour la méthionine et la biotine d’où son génotype: met+ bio+ leu – thr –. Etalées séparément sur des milieux minimum, aucune souche ne pousse : - la souche A est auxotrophe pour la méthionine et la biotine donc ne poussera pas sur milieu minimum - la souche B est auxotrophe pour la thréonine et la leucine donc ne poussera pas sur milieu minimum Chapitre VI : Génétique bactérienne 2eme année Classes Préparatoires SNV 6 Quand ils mélangent les deux souches, ils remarquent que quelques colonies se développent sur le milieu minimum. Ces dernières doivent être des bactéries prototrophes de génotype : met+ bio+ leu+ thr+. Lederberg et Tatum conclurent qu’il y a un échange de gènes entre les deux souches A (met – bio – leu+ thr+) et B (met+ bio+ leu – thr –) pour former une nouvelle souche (met+ bio+ leu + thr +). Figure. Mise en évidence du transfert de matériel génétique entre bactéries. Un contact physique entre bactéries est nécessaire pour que la recombinaison génétique ait lieux Pour s’assurer que les souches ne sécrétaient pas de substances qui auraient été absorbées et utiliser par les autres cellules pour leur prolifération, Bernard Davis construisit un tube en U dont les deux bras sont séparés par un filtre qui ne peut laisser passer que les molécules dissoutes dans le milieu mais pas les bactéries. En introduisant la souche A dans un bras, et la souche B dans l’autre, et en appliquant des succions provoquant un mouvement va-et-vient du milieu entre les deux compartiments, après plusieurs heures d’incubation aucune bactérie ne pousse dans le milieu minimum. Conclusion : l’échange de gènes bactériens nécessite un contact direct entre les cellules Chapitre VI : Génétique bactérienne 2eme année Classes Préparatoires SNV 7 Bactéries F+ et F- : la conjugaison dépond d’un facteur de fertilité (F) présent dans la cellule donneuse (F+) mais absent dans la cellule réceptrice (F-). Le facteur F contient une origine de réplication et une série de gènes nécessaires à la conjugaison. Certains de ces gènes codent la formation de pili sexuels (pilus au singulier). Au cours de la conjugaison, le pilus rapproche les deux bactéries l’une de l’autre. De l‘ADN plasmidique est ensuite transféré de la cellule F+ vers la cellule F- Le transfert est initié quand un des brins d’ADN du facteur F est incisé à un site (origine de transfert : OriT). Une des extrémités de ce brin passe dans la cellule réceptrice. Un brin complémentaire sera synthétisé dans chaque cellule. Le plasmide dans la cellule F+ est toujours incisé au site OriT qui rentre toujours en premier dans la cellule réceptrice, suivi du reste du brin. Donc le transfert s’effectue dans une direction définie. Si le facteur F tout entier est transféré dans la cellule réceptrice, cette cellule F- devient une cellule F+ Figure : les étapes de la conjugaison Chapitre VI : Génétique bactérienne 2eme année Classes Préparatoires SNV 8 3- Les souches Hfr (Haute Fréquence de Recombinaison) Les bactéries Hfr possèdent un facteur F intégré au chromosome bactérien, ce sont des bactéries donatrices assimilables à des F+, transférant leurs gènes avec une haute fréquence. Plasmide Chapitre VI : Génétique bactérienne 2eme année Classes Préparatoires SNV 9 Dans la conjugaison entre cellule Hfr et F-, le facteur F intégré uploads/Geographie/ chapitre-6-1-genetique-bacterienne.pdf