Microbiologie BIOL La génétique microbienne: les mécanismes de la variation génétique

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1 Microbiologie BIOL 3253 La génétique microbienne: les mécanismes de la variation génétique

2 Reproduction sexuée et asexuée Contrairement aux organismes eucaryotes, les procaryotes n effectuent pas de reproduction sexuée. Eucaryotes: méiose Procaryotes: fission binaire

3 Les mécanismes de la variation génétique chez les procaryotes Mutation: Modification stable et héréditaire de la séquence de l ADN. Peut engendrer des modifications phénotypiques. Les mutations peuvent être induites ou survenir spontanément. Transfert génétique horizontal: Processus unidirectionel chez les procaryotes. Un fragment d ADN d une cellule donneuse est transféré dans une celleule receveuse. Habituellement, l ADN transféré est intégré dans le chromosome de la cellule receveuse.

4 Quelques définitions ADN (acide désoxyribonucléique): Une double chaîne de nucléotides liés les uns aux autres (dont le sucre est le désoxyribose); la substance fondamentale dont sont composés les gènes. Gène: Fraction d une molécule filiforme organisée en double hélice, appelée acide désoxyribonucléique, abrégé en ADN. Allèle: L une des différentes formes d un gène qui peuvent exister au niveau d un même locus. Chromosome: Un arrangement linéaire ou circulaire de gènes et d autres types d ADN, parfois associé à des protéines et de l ARN. Génome: Ensemble du matériel génétique contenu dans un jeu de chromosomes. Ploïdie: Le nombre de jeux de chromosomes.

5 L acide désoxyribonucléique (ADN) La double hélice d ADN est composé de deux chaînes entrelacées de nucléotides. Double brin d ADN

6 L appariement des nucléotides Les chaînes nucléotidiques sont antiparallèles.

7 La transcription et la traduction ADN ARN Protéine (détermine la forme au niveau cellulaire)

8 Transcription de l ADN en ARN Le transcrit Même séquence que le brin non matrice d ADN Un gène peut être défini comme un fragment d ADN spécifiant un ARN fonctionnel. ARN: 1) Composé de nucléotides comme l ADN mais le sucre est le ribose. 2) À la place de la thymine (T), l ARN contient l uracile (U). 3) Addition de nucléotides de 5 vers 3 (comme avec la réplication d ADN).

9 La traduction de l ARNm en protéines La structure primaire d une protéine est composée d une chaîne linéaire d éléments appelés acides aminés. La synthèse protéique se déroule dans des organites cytoplasmiques appelés ribosomes. Les ribosomes se fixent à l extrémité 5 de l ARN.

10 Cheminement de l information génétique Triplet de nucléotides Complexe codon/anti-codon présentant les orientations 5-3 Anti-codon spécifique de l'arnt Acide aminé spécifique

11 Le code génétique 4 x 4 x 4 = 64 codons distincts, chacun correspondant à un acide aminé ou à un signal de terminaison.

12 Transfert génétique horizontal Transfert de gènes d un organisme mature, indépendant, vers un autre. Exogénote Un fragment d ADN donneur. Endogénote Génome du receveur. Mérozyogote La cellule receveuse devient temporairement diploïde pour une partie de son génome.

13 La production et le devenir des mérozygotes Trois mécanismes de transfert de gènes

14 Les plasmides bactériens Petites molécules d ADN double-brin, habituellement circulaires qui peuvent exister indépendamment du chromosome de l hôte. Les plasmides sont des réplicons Ils ont leur propre origine de réplication. Peuvent exister sous forme de copie unique ou multiples. Curage Élimination de plasmide(s) par une cellule hôte. Peut se produire de façon spontanée ou être induit par des traitements qui inhibent la réplication des plasmides sans affecter la reproduction des cellules hôtes.

15 Les plasmides bactériens Épisomes Plasmides qui peuvent exister sous forme libre ou intégrée dans le chromosome de l hôte. Plasmides conjugatifs Possèdent des gènes codant pour des pilis. Peuvent transférer des copies d eux-mêmes à d autres bactéries au cours de la conjugaison.

16 Les principaux types de plasmides

17 Facteurs de fertilité Plasmides conjugatifs. i.e., Facteur F chez E. coli. Plusieurs sont des épisomes.

18 Facteurs de résistance Facteurs R (plasmides R) Possèdent des gènes conférant la résistance à des antibiotiques. Certains sont des plasmides conjugatifs. Habituellement, ils ne sont pas intégrés dans le chromosome bactérien.

19 Les plasmides Col Contiennent des gènes codant pour la production de bactériocines. Protéines qui détruisent d autres bactéries. Normalement elles agissent uniquement contre des souches apparentées. Les colicines tuent E. coli. Certains sont conjugatifs. Certains portent également des gènes de résistance.

20 D autres types de plasmides Plasmides de virulence Portent des gènes codant pour la virulence. i.e., Gènes qui confèrent une résistance aux défenses de l hôte. i.e., Gènes qui codent pour la production de toxines. Plasmides métaboliques Portent des gènes codant pour des enzymes qui métabolisent des substances. i.e., Gènes codant pour des enzymes de dégradation de pesticides. i.e., Gènes codant pour la fixation de l azote.

21 La conjugaison bactérienne Transfert de matériel génétique par contact direct entre cellules. Découvert en 1946 par Lederberg et Tatum.

22 La conjugaison bactérienne Démontre que le contact directe cellule à cellule est essentiel.

23 Le croisement F + x F - F + = Celleuse donneuse. Contient le facteur F. F - = Cellule receveuse. Ne contient pas le facteur F. Le facteur F se réplique par un mécanisme de cercle roulant et une copie migre vers la cellule receveuse. La cellule receveuse devient habituellement F +. La cellule donneuse demeure F +.

24 Le croisement F+ x F-

25 Souches Hfr La conjugaison Hfr Possèdent le facteur F intégré dans le chromosome bactérien. Les gènes plasmidiques et génomiques sont transférés.

26 La conjugaison Hfr

27 Plasmide F Formé par l excision incorecte du chromosome. Contiennent 1 gènes du chromosome Les cellules F peuvent transférer leur plasmide F à la cellule receveuse. La conjugaison F

28 La conjugaison F

29 La transformation par l ADN Prise par la cellule de molécules ou de fragments d ADN nu, présent dans le milieu, et leur incorporation dans le chromosome receveur de manière héréditairement stable. Cellule compétente Capable de prendre l ADN et d être transformée. Représente probablement une voie importante d échanges génétiques dans la nature.

30 La transformation par l ADN

31 La transduction Transfert de gènes entre bactéries par l intermédiaire de bactériophages. Phages virulents Se reproduisent par cycle lytique. Phage tempérés Se reproduisent par lysogénie.

32 L alternance des cycles lytique et lysogène du prophage lambda

33 La transduction généralisée N importe quelle partie du génome bactérien est transféré. À lieu au cours du cycle lytique. Dans le stade d assemblage, lorsque les chromosomes viraux sont empaquetés dans les capsides protéiques, des fragments aléatoires du chromosome bactérien partiellement dégradé sont également empaquetés par erreur. Particule de transduction généralisée

34 La transduction généralisée

35 La transduction spécialisée Aussi appelée transduction restreinte. Est induit seulement par des phages tempérés qui ont établit la lysogénie. La particule transductrice ne porte que certaines parties spécifiques du génome bactérien. Se produit lorsque le prophage est excisé de façon erronée.

36 La transduction spécialisée

37 Mécanisme de transduction pour le phage lambda et E. coli