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Génétique Microbienne 3 ème année licence Microbiologie Dr. S. Mézaache-aichour

Génétique Microbienne 3 ème année licence Microbiologie Dr. S. Mézaache-aichour 2016-2017 Page facebook ; Domaine SNV : Biologie,Agronomie,Science Alimentaire,Ecologie www.facebook.com/ DomaineSNV Sommaire I– Structure et organisation du matériel génétique 1-1-Structure des acides nucléiques 1-2-Acides nucléiques 1-3- Organisation du Matériel génétique bactérien 1-3-1- Le chromosome bactérien 1-3-2- Les plasmides 1-4- Matériel génétique viral 1-5-EǆtƌaĐtioŶ et puƌifiĐatioŶ et ĠliŵiŶatioŶ de l’ADN plasŵidiƋue II Les Mutations et les ŵĠĐaŶisŵes de ƌĠpaƌatioŶ de l’ADN 2-1- Mutations 2-2-Définition 2-3-Caractères des mutations 2-4- Mécanismes de la mutation 2-4-1- Substitutions 2-4-2- Délétions et Insertions 2-4-3- Transposition 2-5- Types de Mutations 2-5-1- Mutations naturelles 2-5-2- Mutation Induite 2-6- Mécanismes de réparation des mutations 2-6-1-RĠveƌsioŶ diƌeĐte ;ƌetouƌ à l’Ġtat aŶtĠƌieuƌͿ 2-6-1-1-Réparation des photodimères pyrimidiques par photo réactivation 2-6-1-2- Alkyltransférases 2-6-2- SǇstğŵes dĠpeŶdaŶt d’hoŵologies pouƌ la ƌĠpaƌatioŶ 2-6-2-1- Voies de réparation par Excision 2-6-2-2- MMR mismatch repair ou réparation des mésappariements (post réplicatif) 2-6-3- Réparation des coupures double brins (CDB) 2-6-3-1- NHEJ 2-6-3-2- Réparation par recombinaison 2-2-4- Réparation SOS (Save Our Selves) ou by pass III- Recombinaisons génétiques et éléments génétiques transposables Introduction 3-1- Recombinaison générale ou homologue 3-2- Transposition 3-3- Recombinaison spécifique de site (RSS) 3-3-1-Rôles biologiques de la Recombinaison spécifique de site 3-3-2- Événements impliquant une RSS 3-3-3-Les recombinases 3-3-4- Recombinaison spécifique de site *La recombinaison illégitime IV- Transferts génétiques chez les bactéries Introduction 4-1- Transformation 4-2- La conjugaison 4-2-1-Caractères de la conjugaison 1 1 2 2 4 6 7 7 9 9 9 9 10 10 11 11 12 12 12 15 16 16 16 16 16 18 20 20 20 20 22 22 22 25 27 28 28 29 29 30 31 31 32 33 33 Page facebook ; Domaine SNV : Biologie,Agronomie,Science Alimentaire,Ecologie www.facebook.com/ DomaineSNV Sommaire 4-2-2- Conjugaison F+x F- 4-2-3- Conjugaison Hfr x F- 4-2-4- CoŶjugaisoŶ F’X F-. 4-3- Transduction 4-3-1- Lyse et lysogénie 4-3-2- Recombinaison des phages 4-3-3-Phénomènes de Transduction 4-4-- Cartographie 4-5- Nouveaux transferts génétiques horizontaux chez les bactéries V- Enzymes de restriction Introduction 5-1- Les systèmes de restriction/modification 5-2-Nomenclature 5-3- Séquences cibles et modes de clivage. 5-4- Rôle des systèmes de restriction/modification 5-5- Applications des enzymes de restriction VI – RégulatioŶ de l’eǆpƌessioŶ des gğŶes 6-1- Régulation transcriptionnelle 6-1-1-NotioŶ d’opĠƌoŶ 6-1-2- Régulation négative 6-1-3- Régulation positive 6-1-4- Les systèmes de contrôle négatifs et positifs sont fondamentalement différents ( Opéron lactose et Opéron arabinose) 6-1-5- Régulation de la transcription chez Saccharomyces 6-2- Régulation traductionnelle 6-2-1-Contrôle de la transcription des gènes structuraux de l'opéron Tryptophane (trp) par Atténuation chez Escherichia Coli. VII. Bactériophages Historique 7.2. Définition 7.3. Classification des bactériophages 7.4. Structures du bactériophage 7.5. Cycle de multiplication du bactériophage 7.5.1. Le ĐǇĐle de vie de laŵďda ;λͿ Références bibliographiques 34 36 36 36 37 37 38 40 40 40 40 41 41 42 42 42 44 44 44 45 45 45 45 46 49 50 51 51 51 51 52 53 53 61 Génétique Microbienne Génétique Microbienne 1 I– Structure et organisation du matériel génétique 1-1-Structure des acides nucléiques 1-1-1-Composants des acides nucléiques Les ŵolĠĐules ďiologiƋues Ƌui ĐoŶtieŶŶeŶt l͛iŶfoƌŵatioŶ gĠŶĠtiƋue soŶt les aĐides ŶuĐlĠiƋues. Qui soŶt ĐoŵposĠs de ŵolĠĐules siŵples Đoŵŵe l͛aĐide phosphoƌiƋue ;POϰHϯ, fig.ϭaͿ, des oses à ϱ carbones (pentoses, fig.1b) et des bases azotées (purines ou pyrimidines, fig.1c). Figure 1 : Composants des Acides nucléiques La liaisoŶ d͛uŶe ďase azotĠe aǀeĐ uŶ des suĐƌes doŶŶe uŶ ŶuĐlĠoside. UŶ ŶuĐlĠoside est doŶĐ foƌŵĠ d͛uŶe ďase et d͛uŶ suĐƌe liĠs paƌ uŶe liaisoŶ N-osidique. La liaisoŶ d͛uŶ ŶuĐlĠoside aǀeĐ un phosphate se fait paƌ uŶe estĠƌifiĐatioŶ de la foŶĐtioŶ alĐool pƌiŵaiƌe ;ĐaƌďoŶe Ŷ°ϱ͛Ϳ du suĐƌe et uŶe des tƌois foŶĐtioŶs aĐides du phosphate. L͛esteƌ oďteŶu est uŶ ŶuĐlĠotide. Un nucléotide est donc formé d’uŶe ďase azotĠe, liĠe paƌ uŶe liaisoŶ osidique avec un sucre, lui-même lié par une liaison ester avec un phosphate. Les acides nucléiques sont formés par une polycondensation de nucléotides AMP, CMP, GMP et UMP pour les acides ribonucléiques, dAMP, dCMP, dGMP et dTMP pour les acides désoxyribonucléiques tableau 1. 1-1-2-Hybridation des nucléotides. LoƌsƋu͛uŶ aĐide ŶuĐlĠiƋue est eŶ solutioŶ les ŵolĠĐules foƌŵeŶt des liaisoŶs hǇdƌogğŶes assoĐiaŶt les ŶuĐlĠotides deuǆ paƌ deuǆ, de soƌte Ƌu͛uŶ ŶuĐlĠotide à adĠŶiŶe se lie avec un nucléotide à thymine (ou à uracile dans un RNA, fig.2a) et un nucléotide à guanine avec un nucléotide à cytosine (fig.2b). Génétique Microbienne 2 Tableau 1 : Nucléotides et nucléosides Figure 2 : Hybridation des nucléotides 1-2-Acides nucléiques Pour former un acide désoxyribonucléique les nucléotides (GMP, AMP, TMP, CMP), sont condensés les uns sur les autres avec des liaisons phospho-diesteƌ eŶtƌe le ĐaƌďoŶe ϯ͛ d͛uŶ pƌeŵieƌ ŶuĐlĠotide et le ĐaƌďoŶe ϱ͛ du ŶuĐlĠotide suiǀaŶt. De soƌte Ƌue Đes liaisoŶs dĠfiŶisseŶt uŶ seŶs à la ŵolĠĐule : le dĠďut ĠtaŶt le ŶuĐlĠotide doŶt le phosphate eŶ ϱ͛ Ŷe seƌait liĠ à auĐuŶ autƌe ŶuĐlĠotide et la fiŶ ĐoƌƌespoŶd au ŶuĐlĠotide doŶt la foŶĐtioŶ alĐool eŶ ϯ͛ Ŷ͛est pas estĠƌifiĠe (fig.3). La stƌuĐtuƌe seĐoŶdaiƌe du DNA est telle Ƌue les deuǆ ďƌiŶs soŶt eŶƌoulĠs l͛uŶ autouƌ de l͛autƌe ;fig.ϰͿ. ChaĐuŶ des deuǆ ďƌiŶs est oƌieŶtĠ ;ϱ͛→ϯ͛Ϳ daŶs le seŶs opposĠ à Đelui de l͛autƌe ďƌiŶ ;ϯ͛→ϱ͛Ϳ. OŶ dit Ƌu͛ils soŶt aŶtipaƌallğles. Les ďases azotĠes soŶt touƌŶĠes ǀeƌs l͛iŶtĠƌieuƌ de la douďle hĠliĐe de façoŶ à Đe Ƌue ĐhaĐuŶe s͛hǇďƌide aǀeĐ uŶe ďase de l͛autƌe ďƌiŶ ;A aǀeĐ T, C aǀeĐ G, etĐ..Ϳ. OŶ dit que les bases successives de chacun des brins sont complémentaires. La double hélice a un « pas » de ϯ,ϰ Ŷŵ Đ͛est à diƌe Ƌu͛il Ǉ a eŶǀiƌoŶ ϭϬ paiƌes de ŶuĐlĠotides pouƌ ĐhaƋue touƌ d͛hĠliĐe. 1-3- Organisation du Matériel génétique bactérien La composition génomique de nombreuses bactéries peut consister en deux composantes, à savoir un chromosome qui porte des gènes pour toutes les fonctions essentielles et leur régulation, et une composante extra- chromosomique mais « autonome » : plasmide initialement identifié pour réaliser les fonctions requises pour sa propre réplication, son maintien et sa distribution. Génétique Microbienne 3 Figure 4 : EŶƌouleŵeŶt des ďƌiŶs d͛ADN 1-3-1- Le chromosome bactérien est constitué d'acide désoxyribonucléique (ADN) dont les caractéristiques structurales sont bien connues. L'ADN bactérien est circulaire (nucléoide) Contient entre 1 000 000 et 4 500 000 paires de bases, 800 et 4300 gènes 0.1% du génome humain ; il peut exister sous trois formes (super-enroulée, relâchée, linéaire) objectivées par plusieurs techniques telle l'ultracentrifugation, la microscopie électronique ou tout simplement l'électrophorèse en gel d'agarose (fig.5). 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). Lors de la séparation, il y a augmentation de la DO à 260 nm (effet hyper-chromique), 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 (fig.6). Il peut varier largement selon les groupes bactériens. Génétique Microbienne 4 Figure 5 a : EleĐtƌophoƌğse d͛ADN ďaĐtĠƌieŶ suƌ gel d͛agaƌose. Figure 5b : Profils plasmidiques de cellules traitées et de type sauvages. Piste 1, 2, 3 - E. coli 212587 tƌaitĠe paƌ l'aĐƌidiŶe oƌaŶge ;ϳϱʅg / ŵlͿ, piste 4, 5 - E. Coli 208366 traitée par le bromure d'éthidium (125 pg / ml), Piste 6 - E. coli 212587, piste 7 E. coli 208366 et piste 8 E. coli PDK-9 marqueur de taille. Le nucléoïde très condensé se trouve dans un pseudo compartiment qui se caractérise par l'absence de ribosomes Certains brins d'ADN sétendent vers l'extérieur dans le cytoplasme comme une «boule de fils serrés. Ces extensions contiennent la majeure partie de l'ADN transcriptionnellement actif. Le chromosome est apparu comme une structure fortement repliée contenant presque tout l'ADN cellulaire, certaines protéines et ARN naissant. Les images de microscopie Electronique du chromosome d͛E. coli a révélé un noyau central à partir duquel 12400 boucles indépendantes (domaines de surenroulement, fig.7) ont été observées. La structure entière est apparue comme une rosette ininterrompue. Cette organisation est sensible à la RNase, suggérant que l'ARN est impliqué dans le maintien de la l'intégrité de la structure de base (Tous les domaines possèdent le même niveau de surenroulement). Génétique Microbienne 5 Toutefois l͛entaille de l͛un des brins abolit le surenroulement dans ce domaine particulier uniquement, en laissant le reste du chromosome non affecté. Le chromosome est logé dans un petit espace à l'intérieur de la cellule ce qui nécessite son repliement. Un nuage d'ADN enroulé est généré au hasard avec un diamètre de 10 µm * dans une bactérie, tel Ƌu͛E. coli. Sa subdivision en plusieurs boucles indépendantes de * 10 kb donne un autre niveau de compactage. C͛est le surenroulement négatif des boucles par l͛ADN topoisomérase qui réduit encore le diamètre du chromosome replié. Celle-ci empêche les brins de s͛entremêler. Le DNA a ďesoiŶ d͛ġtƌe pƌotĠgĠ paƌ des pƌotĠiŶes loƌsƋu͛il Ŷ͛est pas utilisĠ Đoŵŵe ŵodğle pouƌ l͛eǆpƌessioŶ des gğŶes ou la ƌĠpliĐatioŶ. Cette pƌoteĐtioŶ se fait Đhez les eucaryotes par enroulement autour uploads/Management/ genetique-microbienne-pdf.pdf