2. La conjugaison
Mécanisme de la conjugaison Contact physique entre cellules et passage d ADN d une cellule à l autre. Cas des facteurs F (fertilité) d E. coli : - Opéron tra : 21 gènes. - Le contact entre les deux cellules se fait par un pilus sexuel, dont la synthèse est déterminée par certains gènes tra. - Réplication du plasmide par cercle roulant. Transfert suivi éventuellement par un échange par recombinaison avec des séquences homologues chez le récepteur.
Mécanisme de la conjugaison : facteurs F (fertilité)
Intégration du plasmide F Intégration réversible du facteur F dans le chromosome bactérien de l hôte débute par une association entre séquences d insertion plasmidique et bactérienne Modern Genetic Analysis.Griffiths et al.new York: W. H. Freeman; 1999.
Transfert de régions chromosomique via le facteur F F + Hfr Hfr F - Hfr F - Croisement interrompu par une rupture de contact; le fragment d ADN donneur est intégré dans le chromosome receveur. F + Hfr Hfr Excision anormale du facteur F, englobant une partie du chromosome bactérien. F F F - Plasmide F répliqué et transféré. F F Modern Genetic Analysis.Griffiths et al.new York: W. H. Freeman; 1999.
Cartographie génique par conjugaison interrompue gal + lac + ton r azi r Ori Modern Genetic Analysis.Griffiths et al.new York: W. H. Freeman; 1999.
Opéron tra (33 Kb) The roles of some tra-gene encoded proteins: traa, trab, trae, trac,traf, trag, Pili Assembly and Production trah, trak, tral, traq, trau, trav, traw trab, trae, trag, Inner Membrane Proteins tral, trap trac, traf, trah, Periplasmic Proteins trak, trau, traw trac, trad, trai, DNA transfer tram, tray Surface Exclusion Proteins tras, trat Mating Pair Stabilization tran, trag
Opéron tra Gènes tra et trb exprimés de façon coordonnées dans une unité de transcription de 32 Kb (l unité tray-i) traj (régulateur) qui déclenche l expression de tram et tray-i. Fin P petit ARN antisens qui stoppe l expression de traj 4 gènes intervient directement dans le transfert d ADN Rôle dans les propriétés de la surface cellulaires et le maintien des contacts entre bactérie
Efficacité du transfert Facteurs intrinsèques influençant le rapport Transconjugants / Donneurs : - Caractéristiques du plasmide (régulation du transfert, etc.) - Caractéristiques du donneur et du receveur - Inhibition de fertilité (par d autres plasmides du donneur) - Exclusion de surface (par des plasmides du récepteur): pas d appariement des cellules. - Incompatibilité (inhibition mutuelle du système de réplication). - Restriction: reconnaissance de l ADN exogène (par ex. cytosine non méthylée) et dégradation par des endonucléases.
Gamme de récepteurs potentiels Facteurs environnementaux influençant le rapport Transconjugants / Donneurs : La fréquence des transferts n est pas uniforme dans l environnement. Ils sont favorisés dans les habitats... Voir transparents
Conjugaison in biofilm In situ monitoring of plasmid transfer in a biofilm. Illustration of the spatial distribution of green fluorescent transconjugants (green/yellow) relative to the non-infected P. putida RI cells and Acinetobacter C6 in a biofilm analysed eight days after the introduction of donor cells (P. putida RI harbouring the TOL plasmid with an inserted GFP expression cassette). The organisms P. putida (red) and Acinetobacter C6 (purple) were identified by 16S rrna in situ hybridisation. After hybridisation, green fluorescent transconjugants appear as either yellow or green depending on the ratio between the green GFP signal and the red hybridisation signal. Molin and Tolker-Nielsen 2003
Conjugaison in situ chez une communauté bactérienne marine The conjugative gfp-marked plasmid used in this study was pbf1::gfp, hosted in P. putida KT2442 laciq, which does not express the gfp gene Transfert intra et interspécifique Dahlerbg et al. 1998
Conjugaison in situ Transfert de plasmide et transposon entre souches Enterococcus faecalis dans des conditions naturelles (boues activées) 10 5 à 10 8 événements de transfert de plasmides toutes les 4 heures pour une ville de la taille de Regensburg (120 000 habitants). Marcinek et al. 1998
Conjugaison in situ Conjugal transfer of the Salmonella enterica virulence plasmid in the mouse intestine. Frequencies of transconjugants in the feces of four mice, measured at 24-h intervals, from day 2 to day 7 after inoculation. The donor was SV5536, and the recipient was SV5534. The error bars indicate standard deviations.
Conjugaison inter-règnes Agrobacterium tumefaciens cellules végétales blessées Agrobacterium spp. plasmide Ti chromosome agrobactéries pathogènes dans les tumeurs tumeur opines opines agrobactéries indigènes devenues pathogènes induction du transfert conjugatif du pti source de C et d!énergie pour la bactérie Transfert agrobactéries non-pathogènes indigènes du sol Transmission
Conjugaison inter-règnes Agrobacteium tumefaciens
Conjugaison inter-règnes Agrobacterium Saccharomyces Transfert du T-DNA A. tumefaciens vers levure Saccharomyces cerevisiae. Bundock et al. 1995 Nécessité de construire un plasmide comportant le T-DNA et l origine de réplication 2 mu de la levure. Representation of the different T-DNA transfer events from A.tumefaciens to S.cerevisiae using plasmid pral7101 (a) or pral7100 (b and c). Transgenic S.cerevisiae strains were formed by (a) autonomous replication of the transferred T-DNA, (b) integration of pral7101 via a single cross-over and (c) integration via a double cross-over. E. coli vers Schizosaccharomyces pombe
3. La Transduction Bactériophages T4 infectant E. coli
Cycle lysogénique. Le phage est inséré dans le génome sous la forme d un prophage, il devient partie intégrante du génome de l hôte. Cycle lytique: le phage virulent détourne la machinerie cellulaire de sa bactérie hôte pour se multiplier et dégrade son ADN entraînant le lyse de la bactérie. Possibilité d encapsidation d information génétique (fragment chromosomique ou plasmidique) de la bactérie infectée. Rôle de navette La transduction généralisée: fragment d ADN bactérien encapsidé de manière aléatoire
Transduction spécialisée: seules quelques gènes à proximité du phage intégré peuvent être encapsidés. La Transduction
Barrières et conditions pour la transduction La transduction est un phénomène rare et cela pour plusieurs raisons : l erreur d empaquetage dans la capside est un événement peu fréquent. La probabilité que cette particule infecte seule une bactérie réceptrice est faible Cet ADN injecté doit survivre suffisamment longtemps pour former un transductant stable (échapper aux endo et exonucléases, et s installer par recombinaison ou transposition ou par réplication autonome ) Qu est ce qui fait qu un phage peut être transductant? Il ne doit pas dégrader entièrement l ADN de l hôte. Les motifs ADN d empaquetage ou sites Pac (Packing) ne doivent pas être trop spécifiques.
Transduction et virulence Lorsque les gènes encapsidés codent des facteurs de virulence, la bactérie infectée voit son pouvoir pathogène augmenté. Conversion lysogénique Exemple : - Gènes des toxines Stx des E. coli entérohémorragiques (EHEC). Ces gènes stx (Shiga-like toxine) sont localisées dans des séquences de bactériophages lambdoïdes intégrés dans le chromosome. Les EHEC auraient donc émergé par conversion lysogénique. - Toxine érythrogène de Streptococcus pyogenes (responsables de la scarlatine) - Toxine cholérique de Vibrio cholerae portée par le phage CTX. Interdépendance totale entre les caractères lysogène et toxinogène et une souche qui perd son prophage perd ses capacités à produire de la toxine.
Transduction in situ Phage-Mediated Intergeneric Transfer of Toxin Genes. Chen and Novick, Science 2009 Détection de transfert d îlot de pathogénie (SaPIs) comportant la toxic shock toxin entre S. aureus et L. monocytogenes dans du lait cru.
4. Nouveaux modes de transferts horizontaux de gènes chez les bactéries GTA : Gene Tranfer Agent GTA - Particules speudo-virales (Rhodobacter capsulatus) - Plus petit que des phages et contenant des ADNs de taille (4,5kb) comparable au génome de phage -Transfert ne nécessitant de «cell-cell contact» et résistant aux DNAse - Pas infection par des phages ni de lyse - Codé par 15 gènes situés sur un cluster de 4,1kb (homologie avec des gènes de phage) - Répandu chez les alpha-proteobacteria et plus particulièrement des environnements marins (transfert de gènes) Lang, A., and Beatty, 2007 Lang et al. 2012
4. Nouveaux modes de transferts horizontaux de gènes chez les bactéries GTA : Gene Tranfer Agent - GTA identifiés chez d autres bactéries - Transfert jusqu à 14kb d ADN - En forme de petit bactériophage. - GTA très probablement issu de bactériophage qui ont perdu leur capacité de propagation. Lang et al. 2012
4. Nouveaux modes de transferts horizontaux de gènes chez les bactéries Vésicules de membrane (MV) et Nanotubes Vésicules de membrane - Transfert de toxine, protéine (signale) et d ADN entre bactérie. - Chez E.coli 0157:H7, MV contiennent ADN linéaire ou circulaire (plasmidique chromosomique ou phagique) - MV transforment des entero-bactéries augmentant leur cytotoxicité. (Yaron et al. 2000) MV d archae hyperthermophile du genre Thermococcus Marguet et al. 2013 - Protection de l ADN contre la thermodégradation (90 C) - Stabilisation de l ADN - Navette pour l ADN.
4. Nouveaux modes de transferts horizontaux de gènes chez les bactéries Nanotubes Bacillus subtilis -Echange de protéines (Gfp, résistante aux antiobiotiques) et ARNm et plasmides non conjugatifs Observation de nanotubes Gram+ Gram+ B. subtilis Staphylococcus Gram+ GramB. subtilis E. coli Transfert interspécifique Dubey and Ben-Yehuda 2011 Cell
4. Nouveaux modes de transferts horizontaux de gènes chez les bactéries Haemophilus parainfluenzae H. influencae Transformasome Kahn et al 1983 Transformasome : structure spécialisée néoformé pendant le développement de la compétence et responsable de la pénétration sélective et de la protection de l ADN. Barani et Kahn 1985