Transcript 3. Mécanismes d`échanges d`informations génétiques chez les

Mécanismes
d’échanges
d’informations
génétiques chez
les procaryotes
GEF L2S4 2008-2009
Transfert horizontal de gènes
chez les procaryotes
QuickTime™ et un
décompresseur TIFF (non compressé)
sont requis pour visionner cette image.
GEF L2S4 2008-2009
3.1 La transformation
Découverte : Fred Griffith (1928)
F. Griffith, 1928. The significance of
GEF L2S4 2008-2009
pneumococcal types. J. Hyg. 27, 113-159
D’après G. Bourdonnais
Cegep de Ste Foy,Canada
Conclusions de Griffith
• Les bactéries S mortes ont transmis un
facteur transformant les bactéries R
en bactéries S
• Nature du facteur transformant??
GEF L2S4 2008-2009
Expérience d’Avery (1940)
D’après G. Bourdonnais
Cegep de Ste Foy,Canada
Le facteur transformant est constitué d’ADN
GEF L2S4 2008-2009
La transformation naturelle
- nécessite mise en place d’un état physiologique
particulier : état de compétence
-entrée ADN nu dans la cellule
- recombinaison homologue si et seulement si
homologie entre endogénote et exogénote
GEF L2S4 2008-2009
Mécanismes moléculaires de
la transformation
a) mise en place de l’état de compétence
1. Production et excrétion du facteur de compétence
2. Absorbtion du facteur de compétence sur les sites
récepteurs
3. Activation des gènes spécifiques de la transformation
4. Synthèse d’une autolysine
5. L’autolysine démasque la nucléase et la protéine de
liaison à l’ADN
GEF L2S4 2008-2009
Mécanismes moléculaires de
la transformation
b) Entrée et intégration
de l’ADN dans la cellule
compétente
GEF L2S4 2008-2009
La compétence des bactéries (1)
Log UFC/mL
• Étude chez S. pneumoniae
• Durée limitée (10-15 min)
• Fin de phase exponentielle
État de compétence
temps
GEF L2S4 2008-2009
La compétence des bactéries (2)
• Excrétion de facteur de compétence (fc)
• synthèse récepteurs à la surface de la cellule
• Fixation fc sur la cellule qui l’a synthétisé et
sur cellules voisines
• Nombre de récepteurs varie selon espèces
• % cellules compétentes varie selon espèces
GEF L2S4 2008-2009
Prise en charge de l ’ADN par les
cellules compétentes
S. pneumoniae sensibles à pénicilline + ADN extrait
de bactéries résistantes à pénicilline + ADN thymus
de veau
-non spécifique
UFC/mL résistantes
ADN dénaturé
ADN natif
[ADN] thymus de veau
GEF L2S4 2008-2009
-seul ADN db est
reconnu
Exogénote : addition ou
substitution?
Sélection A+
a-
A+
Taux de tf = L
Transf ADN de A+
A+ : caractère dominant
Sélection aa-
A+
Taux de tf =M
Transf ADN de a-
L=M
donc substitution
GEF L2S4 2008-2009
Les m.o. procaryotes
naturellement compétents
• Une quarantaine d’espèces répertoriées
appartenant aux bactéries et aux archaées
• Gram + : S. pneumoniae, S. aureus, B. subtilis,
Lactibacillus lactis, …
• Gram- : N. gonorrhae, Vibrio sp, P. stutzeri,…
• Archae : Methanobacterium
thermoautotrophicum, Methanococcus voltae
GEF L2S4 2008-2009
Rôles de la transformation naturelle? (1)
• Réparation ADN
UV
B
A
TT
B lysée
- ADN de cellule B retrouvé dans ADN
de cellule A : réparation
- Rec A activée
GEF L2S4 2008-2009
Rôles de la transformation naturelle :
formation des gènes mosaïques
• Comparaison de l’ADN de différentes
souches de S. pneumoniae
sauvage
Mutant 1
Mutant 2
Sp1
Sp2
GEF L2S4 2008-2009
Sp3
Transformations dans
l’environnement
-évolution des micro-organismes en conditions
environnementales
- devenir des mo génétiquement modifiés
GEF L2S4 2008-2009
La transformation artificielle
• Traitement CaCl2 et choc thermique
• Choc électrique : électroporation
GEF L2S4 2008-2009
Échanges d’informations
génétiques entre cellules
1.Transformation
2. Conjugaison
3. Transduction
GEF L2S4 2008-2009
Expérience de Lederberg et Tatum (1946)
GEF L2S4 2008-2009
Expérience de Davies (1950)
Souche A Souche B
- pas de recombinants isolés si les
souches A et B sont séparées par
un filtre imperméable aux bactéries
Conjugaison nécessite
contact entre cellules
GEF L2S4 2008-2009
Sens du transfert ?
Expérience de Hayes (1952)
• Souche A SmR + souche B SmS
– MM : qq colonies
– MM + Sm : 0 colonies
• Souche A SmS + souche B SmR
– MM : qq colonies
– MM +Sm : qq colonies
• Transfert à sens unique
• Transfert de A vers B
GEF L2S4 2008-2009
Facteur sexuel F = plasmide F
Opéron tra
Synthèse des pilis : traA, traL, traE, traK, traB,
trav, traC, traW, traU, traF, traQ, traH, traG,
exclusion de surface : traS, traT,
Insertion dans
le chromosome
Transfert de l’ADN (gènes mob): traM, traY,
traD, traI, traZ
Régulation : finP, finO, traJ
replication
GEF L2S4 2008-2009
Le plasmide R100
Opéron tra
très proche
de celui du
plasmide F
Résistances aux
antibiotiques et métaux lourds
GEF L2S4 2008-2009
Les plasmides conjugatifs
•
•
•
•
Autotransférables
ADN circulaires autoreplicatifs
Très répandus dans les bactéries et archaées
Une bactérie peut en héberger entre 0 et une
dizaine
• Peuvent héberger des fonctions diverses :
résistances antibiotiques ou composés
toxiques, opérons métaboliques, interactions
avec autres bactéries (symbiose, virulence),
etc..
GEF L2S4 2008-2009
Mécanisme de conjugaison
Transfert de l’ADN :
gènes mob
Formation couple de
conjugaison : gènes tra
GEF L2S4 2008-2009
Transfert de l’ADN
GEF L2S4 2008-2009
Les souches Hfr
GEF L2S4 2008-2009
Pont cytoplasmique
Les différents
« destins » du plasmide F
D’autres plasmides
conjugatifs se
comportent de la
même manière!
D’après D. Bryant, Univ. MacGill, Canada
GEF L2S4 2008-2009
La formation des souches
« haute fréquence de
recombinaison » (Hfr)
GEF L2S4 2008-2009
Initiation de la
mobilisation de
marqueurs
chromosomiques
GEF L2S4 2008-2009
Mobilisation de marqueurs chromosomiques
C
D
B
A
R
c
C
D
B
b A
a
B
A
R
c
B
A
GEF L2S4 2008-2009
R
Différentes souches Hfr
GEF L2S4 2008-2009
GEF L2S4 2008-2009
GEF L2S4 2008-2009
Carte chromosomique E.coli K12
établie grâce à l’étude des dérivés Hfr
GEF L2S4 2008-2009
Pourquoi le marqueur SmR n’est-il pas passé dans
l’expérience de Hayes?
SmR
C
B
D
A
R
c
SmR
D
C
B
b A
a
B
A
R
c
B
A
GEF L2S4 2008-2009
R
Conjugaison-mobilisation
Transfert de replicons non-conjugatifs à
l’aide d’un plasmide conjugatif « helper »
GEF L2S4 2008-2009
Mobilisation
par donation (A)
et conduction (B)
GEF L2S4 2008-2009 D’après la thèse de Barbara Albiger, ULP, 1999
Exemples de mobilisation
• Plasmides non-conjugatifs : par
donation et conduction
• Gènes chromosomiques via Hfr : par
conduction
GEF L2S4 2008-2009
Échanges d’informations
génétiques entre cellules
1.Transformation
2. Conjugaison
3. Transduction
GEF L2S4 2008-2009
Découverte : Zinder et Lederberg (1951)
Souche A : S. Typhimurium LT-22 (P22) : trySouche B : S. Typhimurium LT-2 : hisSouche A
Souche B
Isolement de bactéries prototrophes try+ à partir de la
souche A
Filtre : perméable à ADN, virus mais pas bactéries
Agent filtrable :
- insensible à DNAse,
- possède caractéristiques physiques de P22
- inactivé par sérum anti-P22
GEF L2S4 2008-2009
Transduction généralisée
GEF L2S4 2008-2009
Transduction généralisée
• Existe chez nombreuses bactéries G+ et G-,
• Insertion de l ’ADN exogène : recombinaison
homologue
• Transduction effective si [phages] <<<[ bactéries]
• Efficacité de transduction inversément
proportionnelle à efficacité de la nucléase phagique
• Proportion transductants :
– 0,3%/cell. réceptrices pour P1
– 1-5%/cell. réceptrices pour P22
GEF L2S4 2008-2009
Transduction spécialisée
GEF L2S4 2008-2009
Transduction
dgal, pbio
GEF L2S4 2008-2009
Transduction spécialisée
dgal : perte de gènes impliqués dans la synthèse de
nouvelles particules phagiques (défectif gal),
toujours lysogènes, mais uniquement infectieux en
présence particules phagiques « helper »
pbio : perte gènes int et xis, toujours infectieux
(plages bio), mais uniquement lysogène en
présence de particules phagiques « helper »
GEF L2S4 2008-2009