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LEGTA de Quetigny (21) • Classe préparatoire ATS Bio (post-BTSA-BTS-DUT) • Biol

LEGTA de Quetigny (21) • Classe préparatoire ATS Bio (post-BTSA-BTS-DUT) • Biologie : C.1 • Chapitre 22 : La reproduction bactérienne : multiplication, conservation et innovation génétiques Cours complet rédigé • Page 1 EPLEFPA Dijon Quetigny Plombières-lès-Dijon Site de Quetigny (21) • LEGTA Olivier de Serres Classe préparatoire ATS (Adaptation Technicien Supérieur) Biologie Préparation des Concours agronomiques et vétérinaires (voie C) ENSEIGNEMENT DE BIOLOGIE • COURS Partie C. La reproduction : entre conservation et innovation Sous-partie C.1. La reproduction bactérienne : multiplication, conservation et innovation génétiques Chapitre 22 La reproduction bactérienne Multiplication, conservation et innovation génétiques Objectifs : extraits du programme PARTIE C : LA REPRODUCTION, ENTRE CONVSERVATION ET INNOVATION Objectif : Étudier les mécanismes à l’origine de la formation d’une descendance et de la transmission des caractères. Montrer que, tout en assurant la conservation du patrimoine génétique, ces mécanismes permettent également l’apparition d’innovations génétiques au sein des populations. 1. La reproduction bactérienne : multiplication, conservation et innovation génétiques La simplicité d’organisation des bactéries permet une multiplication rapide qui maintient les caractéristiques spécifiques et engendre une diversité importante au sein des populations. 1.1 La multiplication des populations bactériennes - La cinétique de croissance des populations bactériennes est illustrée par l’observation de courbes (en lien avec la partie B.4.1.). [TP C1] Les processus cellulaires et moléculaires de scissiparité ne sont pas détaillés. 1.2 La conservation et la variation de l’information génétique lors des processus reproductifs 1.2.1 La réplication : un processus semi- conservatif - Les mécanismes moléculaires de la réplication procaryotique sont présentés (E. coli). [TP C1] Mots-clés [Origine de réplication, fourche et œil de réplication, amorce, matrice, semi-conservativité, polymérisation continue et discontinue] L’étude détaillée des ADN polymérases (sous-unités, reconnaissance moléculaire de l’origine de réplication, fonctionnement en tandem) n’est pas attendue. 1.2.2 L’altération de l’information génétique pendant la réplication et lors du stockage de l’ADN - Les modifications de séquences informatives lors de la réplication sont illustrées à partir de formes tautomères. - On s’appuie sur un exemple d’altération chimique (dépurination spontanée) et sur une modification physique (dimérisation des thymines induites par les UV). - Les fréquences élevées des mutations sont signalées Mots-clés [Mutations ponctuelles, mutations aléatoires] La mutagenèse artificielle par des agents mutagènes chimiques et physiques n’est pas au programme. 1.2.3 Les systèmes de réparation et les taux de mutation - Les processus de réparation mis en jeu lors de la réplication (correction d’épreuve des ADN polymérases) et lors du stockage (réparation des dimères de thymines) sont présentés. - On montre que les erreurs non réparées engendrent ou non des effets sur le phénotype, en liaison avec le point 2.1. de la partie A. - Les taux de mutation et les conséquences des mutations résiduelles à l’échelle des populations sont discutés Mots-clés [Activité exonucléasique, photolyase, variabilité génotypique, diversité phénotypique] 1.2.4 La conjugaison bactérienne et ses conséquences génétiques - La conjugaison bactérienne est étudiée à partir des transferts horizontaux de gènes entre bactéries F+/ F- et Hfr / F-. Les conséquences de ces processus de recombinaisons homologues à l’échelle des populations sont identifiées. - On montre que les transferts de gènes lors de la recombinaison des bactéries engendrent de la diversité génétique mais permettent également de réparer un ADN lésé. Mots-clés [Plasmide, chromosome bactérien, recombinaison homologue] L’utilisation par l’Homme des processus de recombinaisons bactériennes et leurs applications peuvent être mentionnées mais leur étude est hors programme. Introduction Les Eubactéries (ou simplement Bactéries) constituent un des trois grands domaines du vivant. Ce sont des organismes majoritairement unicellulaires, présentant une compartimentation faible ou inexistante et qui présentent un chromosome bactérien généralement circulaire localisé dans une zone du cytosol nommée nucléoïde, ainsi que souvent des plasmides. L’organisation des cellules bactériennes a déjà été abordée dans le chapitre 2 (A.1) La structure du génome des Eubactéries est traitée dans le chapitre 4 (A.2.) sur l’ADN On peut appeler reproduction l’ensemble des processus qui permettent à un ou des individus de produire de nouveaux individus qui leur ressemblent. Les Bactéries étant fondamentalement unicellulaires, elles se reproduisent par divisions cellulaires dont le mécanisme s’appelle ici scissiparité. Ce processus s’inscrit dans un cycle cellulaire qui n’est pas toujours tétraphasique comme les Eucaryotes (phases G1, S, G2, division) ; il implique toutefois toujours une réplication de l’ADN qui est un processus plutôt conforme. Sans sexualité qui supposerait l’existence de deux sexes, nous verrons que les Bactéries présentent tout de même des possibilités importantes de variation génétique. Comment les Eubactéries se reproduisent-elles ? Comment l’information génétique est-elle conservée lors des processus reproductifs ? Comment l’information génétique peut-elle varier lors des processus reproductifs ? LEGTA de Quetigny (21) • Classe préparatoire ATS Bio (post-BTSA-BTS-DUT) • Biologie : C.1 • Chapitre 22 : La reproduction bactérienne : multiplication, conservation et innovation génétiques Cours complet rédigé • Page 2 Encadré A Un rapide panorama des techniques de microbiologie (Au-delà du programme : pour information) Les cultures bactériennes : l’ensemencement Les cultures bactériennes sont réalisées par ensemencement de boîtes de PÉTRI à partir d’une suspension de cellules préalablement diluée. La solution cellulaire diluée est étalée sur un milieu nutritif, dont la base est généralement de la gélose, au moyen d’un râteau d’étalement ou une boucle d’inoculation (figure a). On peut aussi ajouter des antibiotiques quand on cherche à sélectionner des souches résistantes. FIGURE a. Techniques d’étalement de solution bactérienne sur boîte de PÉTRI. D’après BREUIL (2007). Les cultures bactériennes doivent être mises en place dans des conditions de complète stérilité pour éviter une contamination par d’autres souches microbiennes. Les outils et les paillasses servant aux manipulations doivent être stérilisés par de l’alcool, de l’eau de Javel, des rayonnements (UV par exemple), la chaleur… Les expérimentateurs travaillent avec un masque et des gants, et manipulent sous la flamme d’un bec BUNSEN ou sous une hotte stérilisante. Les cultures bactériennes : la pousse et la reconnaissance des colonies Normalement, la technique d’ensemencement permet de disperser les cellules bactériennes dans la boîte de PÉTRI. À chaque lieu où se trouvait une cellule, on trouve théoriquement une colonie (qu’on appelle aussi un clone), c’est-à-dire l’ensemble des cellules bactériennes qui dérivent par divisions successives d’une cellule initiale. La forme des colonies (figure b), leur épaisseur, leur couleur… sont des critères permettant d’identifier les souches bactériennes en présence. L’identification fine passe par une récupération des cellules et leur soumission à : Une batterie de tests chimiques pour connaître la présence ou non d’enzymes clefs en soumettant les souches à des réactifs variés. On utilise alors souvent des kits d’identification. Des techniques de biologie moléculaire : empreinte génétique, barcoding, séquençage… FIGURE b. Morphologie des colonies bactériennes. D’après BREUIL (2007). Le dénombrement des Bactéries FIGURE c. Comptage direct de cellules bactériennes au MO. D’après BREUIL (2007). LEGTA de Quetigny (21) • Classe préparatoire ATS Bio (post-BTSA-BTS-DUT) • Biologie : C.1 • Chapitre 22 : La reproduction bactérienne : multiplication, conservation et innovation génétiques Cours complet rédigé • Page 3 Le comptage de cellules bactériennes peut se faire notamment par : Des méthodes indirectes : dosage d’un réactif du milieu qui disparaît, spectrophotométrie… On utilise alors des courbes étalons pour estimer la quantité de Bactéries. Des méthodes directes : comptage au microscope optique par dépôt de suspension bactérienne sur des lames microscopiques quadrillées (lames de MALASSEZ, KOVA…) éventuellement après dilution. À vous de jouer ! Savoirs à construire Savoir-faire sollicités Capacité ou attitude visée Évaluation Sélectionner des informations utiles dans un support Analyser, observer et raisonner Communiquer par un dessin, un schéma, un tableau, un graphe… Schéma Pistes de réflexion et d’exploitation des figures incomplètes du chapitre En utilisant les informations données dans le texte et les indications données par l’enseignant à l’oral complétez les légendes manquantes des figures du chapitre. I. La multiplication des populations bactériennes FIGURE 1. Division cellulaire bactérienne. D’après RAVEN et al. (2007). LEGTA de Quetigny (21) • Classe préparatoire ATS Bio (post-BTSA-BTS-DUT) • Biologie : C.1 • Chapitre 22 : La reproduction bactérienne : multiplication, conservation et innovation génétiques Cours complet rédigé • Page 4 A. Une multiplication qui suppose une division cellulaire nommée scissiparité et qui s’inscrit dans un cycle cellulaire Voir TD C1 pour une étude électronographique de la division bactérienne 1. Une division cellulaire rudimentaire • Comme chez les Eucaryotes, la multiplication des cellules bactériennes se fait par divisions cellulaires (figure 1). La division cellulaire bactérienne peut être nommée scissiparité. D’autres formes de reproduction (sporulation, bourgeonnement…) peuvent exister mais elles ne sont pas au programme. • La scissiparité suppose (figure 1) : L’élongation de la cellule ; La séparation de deux chromosomes bactériens (issus d’une préalable duplication) ; La séparation des deux cellules-filles (cytodiérèse) par édification d’une paroi entre elles (septum = cloison). • Il apparaît de plus en plus que ces processus, encore mal compris, font clairement appel à des protéines de nature cytosquelettique comme les protéines Fts. 2. Une division cellulaire qui suppose une réplication du chromosome bactérien en amont et s’inscrit dans des cycles cellulaires variables • La réplication de l’ADN uploads/Industriel/ ats-c1-repro-bacteries-pdf.pdf