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E. Noel Maladies Infectieuses Microbiologie 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 1 G

E. Noel Maladies Infectieuses Microbiologie 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 1 GENETIQUE BACTERIENNE Objectifs Définition de la génétique Pourquoi les bactéries constituent un matériel génétique de choix ? Quel est le mode de reproduction habituel des bactéries ? Quelles sont les principales caractéristiques du chromosome bactérien ? Quelles sont les applications actuelles quotidiennes ? Quelles sont les principales caractéristiques de la variation génotypique ? 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 2 GENETIQUE BACTERIENNE DEFINITION et HISTORIQUE DE LA GENETIQUE • Science de la variation et de l'hérédité, née de l'étude chez les organismes doués de reproduction sexuée, du croisement ou hybridation entre races ou variétés de la même espèce. • Premières lois fondamentales de la génétique formelle (transmission des caractères héréditaires) ont été dégagées vers 1865 par G. Mendel, lors l'étude de la transmission des caractères anatomiques, cytologiques et fonctionnels de certaines plantes, le pois par exemple. Ces lois ont été redécouvertes vers 1900 chez la mouche. 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 3 GENETIQUE BACTERIENNE DEFINITION et HISTORIQUE DE LA GENETIQUE 1 ère phase : Bactéries peu favorables à l'analyse génétique. Pourquoi ? Il y avait une absence visible de différences morphologiques à cause de la taille (µ) ou encore de l'absence de spécialisation de la cellule (germe, soma). 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 4 GENETIQUE BACTERIENNE DEFINITION et HISTORIQUE DE LA GENETIQUE 2 ème phase : Les bactéries sont devenues, par la suite, un matériel de choix à cause de leur division rapide : Escherichia coli (20 min) ou encore de leur encombrement "limité" (dans un tube de 22 mm), contrairement aux mammifères comme l'éléphant. 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 5 GENETIQUE BACTERIENNE APPLICATION La génétique bactériennne est devenue d'application banale par son usage quotidien : tests de mutagénése induite (agro-alimentaire) mutagénèse par insertion techniques de clonage de gènes transfert de gènes séquençage....... 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 6 GENETIQUE BACTERIENNE REPRODUCTION ASEXUEE  Lors de la croissance bactérienne, il y a donc reproduction asexuée par scission binaire ou de scissiparité en l'absence de toute recombinaison génétique (pas de zygote). La bactérie est généralement haploïde (1 chromosome). 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 7 GENETIQUE BACTERIENNE ADN BACTERIEN • Le chromosome bactérien est constitué d'acide désoxyribonucléique (ADN) dont les caractéristiques structurales sont bien connues • Formes topologiques : L'ADN bactérien qui est circulaire peut exister sous trois formes topologiques (superenroulée, relachée, linéaire) objectivées par plusieurs techniques telle l'ultracentrifugation, la microscopie électronique ou tout simplement l'électrophorèse en gel d'agarose (technique d'usage courant). • La forme linéaire est obtenue par coupure, par exemple enzymatique (enzymes de restriction). 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 8 GENETIQUE BACTERIENNE Propriétés de l’ADN • Séparation ou dénaturation : Les deux chaines ou alpha hélices sont maintenues entre elles (A-T, C-G) par les deux ou trois liaisons "hydrogène". Le chauffage permet leur séparation en brins monocaténaires = fusion ou dénaturation. Cette séparation est réversible (renaturation ou hybridation) selon le principe de la complémentarité des bases (A-T, C-G). 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 9 GENETIQUE BACTERIENNE Propriétés de l’ADN Lors de la séparation, il y a augmentation de la DO à 260 m (effet hyperchromique), et celle-ci est fonction du nombre de paires GC. Il est possible de calculer un paramètre quantitatif (Tm). Ainsi la détermination du GC% est un critère taxonomique ou de classification des bactéries qui peut être calculé selon l'espèce bactérienne. Il peut varier largement selon les groupes bactériens. 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 10 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 11 • Hydrolyse ou restriction : L'ADN double brin peut être coupé par des enzymes de restriction, dénommées endonucléases. • Le mode d'action très spécifique des endonucléases permet d'établir des profils de restriction, d'où leur intérêt en épidémiologie pour tracer dans un service ou plusieurs services d'un hôpital, une épidémie hospitalière. • On a pu réduire de manière reproductible, le génome bactérien à une série de fragments caractéristiques isolables et mesurables (kb=kilobases), par exemple par une électrophorèse en gel d'agarose. • L'intérêt de telles enzymes est essentiel dans l'obtention d'ADN hybride ou programme GENETIQUE BACTERIENNE Propriétés de l’ADN GENETIQUE BACTERIENNE LES VARIATIONS BACTERIENNES Les progrès de l'analyse bactériologique et biochimique démontrèrent dans les années 1920-1950, l'existence de variations chez les bactéries: aspect de la colonie dépigmentation de la culture perte de la capsule (virulence) chez le pneumocoque caractère de fermentation (lactose) croissance sur milieu minimum : mutant réverse his+ acquisition de la résistance à un antibiotique.......... L'analyse des caractères des variations bactériennes a permis leur individualisation en deux types: génotypique et phénotypique 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 12 GENETIQUE BACTERIENNE DEFINITION DE LA VARIATION GENOTYPIQUE Il s'agit d’un mécanisme mineur d’évolution bactérienne caractérisé par une modification spontanée ou induite, discontinue, stable, rare, spécifique et enfin liée à une modification du génome bactérien (ADN). * Spontanée : l'antibiotique, par exemple, sélectionne les rares formes variantes pré-existantes dans une population bactérienne comme dans une tuberculose pulmonaire. * Induite : le caractère induit de la mutation bactérienne est bien connu lors de l'utilisation de rayonnements de type UV ou de substances chimiques comme des analogues de la guanine. Ces produits mutagènes sont dits génotoxiques. * Discontinue ou brusque : elle apparait selon la loi du tout ou rien * Stable : le caractère acquis est alors transmissible à la descendance, donc héréditaire. * Rare : elle est mesurable par le taux de mutation qui est la probabilité pour une bactérie de muter pendant une unité de temps définie (souvent le temps de génération). * Spécificité - Indépendance : la probabilité pour une bactérie de subir simultanément deux mutations distinctes est le produit des probabilités individuelles de ces mutations * modification de la structure du gène 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 13 GENETIQUE BACTERIENNE VARIATION PHENOTYPIQUE Elle se définit comme l'adaptation rapide de l'ensemble de la population bactérienne ayant le même génotype à diverses conditions extérieures, induite, réversible, non transmissible à la descendance mais spécifique. Le mécanisme est en relation avec l'activité ou l'expression des gènes et la découverte de systèmes de régulation : . négative avec les opérons inductibles (opéron lactose). . positive avec les opérons répressibles (opéron tryptophane). Son intérêt historique est considérable avec l'individualisation de divers gènes: régulateur, promoteur, de structure, en particulier suite aux travaux de J. Monod 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 14 GENETIQUE BACTERIENNE TRANSFERTS DE MATERIEL GENETIQUE Les transferts d'ADN bactérien sont de trois types la transformation la conjugaison  la transduction Ces transferts d'acide désoxyribonucléique (ADN) bactérien doivent être suivis de recombinaison génétique dite légitime (s'il provient d'une même espèce ou d'une espèce voisine). Dans d'autres circonstances, l'ADN peut ne pas se recombiner (cf plasmide). Ces transferts sont unidirectionnels, le plus souvent partiels (1 à 2 % du génome transféré) et d'efficacité faible (fréquence de recombinaison de l'ordre de 10-6). 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 15 GENETIQUE BACTERIENNE LA TRANSFORMATION BACTERIENNE Définition La transformation "naturelle" ou physiologique est le premier modèle connu de transfert de matériel génétique lui-même (ADN), qui est fixé et absorbé par des bactéries réceptrices, dites en état de compétence D'une part, il doit y avoir de l'ADN libéré d'une bactérie (exogénote). D'autre part celui-ci doit être fixé sur une bactérie réceptrice en phase de compétence Cette absorption d'ADN polymérisé est suivie d'une recombinaison génétique légitime avec acquisition de nouveaux caractères génétiques stables, donc transmissibles à la descendance dénommés recombinants ou transformants. 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 16 GENETIQUE BACTERIENNE Applications scientifiques * Ce mode de transfert a un grand intérêt historique : L'ADN est bien le support chimique de l'hérédité, et non les protéines. * Il a permis l'établissement des premières cartes génétiques partielles chez les bactéries, et donc des études plus précises sur la virulence, la résistance aux antibiotiques........ * C'est une technique de base du génie génétique, utilisée quotidiennement dans les laboratoires lors de clonage. * Le concept de transférer de l'ADN par simple contact a été développé avec des ADN viraux dans les années 65, d'où le terme de transfection. * La découverte ultérieure de la transformation "artificielle" a permis alors de transférer divers ADN sous forme de chimère ou hydride comme un plasmide sur lequel sont clonés des gènes bactériens, animaux ou humains à des bactéries non transformables naturellement comme E. coli. * Pour les espèces non transformables, la technique d'électroporation liée à la "création de pores" dans la paroi bactérienne lorsque des impulsions électriques à haute tension sont appliquées lors de la culture a été proposée par la suite. La durée et l'intensité de l'impulsion sont à définir pour chaque espèce. 01/11/20 Don 2 Sang, Don 2 Vie! 17 GENETIQUE BACTERIENNE En bactériologie médicale Son intérêt est lié à l'émergence d'espèces résistantes aux antibiotiques comme le pneumocoque ou récemment, le méningocoque. Cette émergence de la résistance, à la pénicilline G par exemple, a été lente depuis l'introduction des antibiotiques. En fait ce phénonème n'a été possible qu'après sélection de mutants résistants (streptocoques uploads/Histoire/ genetique-bacterienne 1 .pdf