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Mécanismes d’échanges d’informations génétiques chez les procaryotes

Mécanismes d’échanges d’informations génétiques chez les procaryotes. Transfert horizontal de gènes chez les procaryotes. 3.1 La transformation. Découverte : Fred Griffith (1928). F. Griffith, 1928. The significance of pneumococcal types. J. Hyg. 27, 113-159. D’après G. Bourdonnais

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Mécanismes d’échanges d’informations génétiques chez les procaryotes

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Presentation Transcript

  1. Mécanismes d’échanges d’informations génétiques chez les procaryotes GEF L2S4 2008-2009

  2. Transfert horizontal de gènes chez les procaryotes GEF L2S4 2008-2009

  3. 3.1 La transformation Découverte : Fred Griffith (1928) F. Griffith, 1928. The significance of pneumococcal types. J. Hyg. 27, 113-159 GEF L2S4 2008-2009 D’après G. Bourdonnais Cegep de Ste Foy,Canada

  4. 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

  5. Expérience d’Avery (1940) D’après G. Bourdonnais Cegep de Ste Foy,Canada Le facteur transformant est constitué d’ADN GEF L2S4 2008-2009

  6. 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

  7. Mécanismes moléculaires de la transformation a) mise en place de l’état de compétence Production et excrétion du facteur de compétence 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

  8. Mécanismes moléculaires de la transformation b) Entrée et intégration de l’ADN dans la cellule compétente GEF L2S4 2008-2009

  9. La compétence des bactéries (1) • Étude chez S. pneumoniae • Durée limitée (10-15 min) • Fin de phase exponentielle Log UFC/mL État de compétence temps GEF L2S4 2008-2009

  10. 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

  11. 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 • seul ADN db est reconnu UFC/mL résistantes ADN dénaturé ADN natif [ADN] thymus de veau GEF L2S4 2008-2009

  12. Exogénote : addition ou substitution? Sélection A+ a- A+ Taux de tf = L Transf ADN de A+ A+ : caractère dominant Sélection a- a- A+ Taux de tf =M Transf ADN de a- L = M donc substitution GEF L2S4 2008-2009

  13. 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

  14. 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

  15. 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 Sp3 GEF L2S4 2008-2009

  16. Transformations dans l’environnement • évolution des micro-organismes en conditions • environnementales • - devenir des mo génétiquement modifiés GEF L2S4 2008-2009

  17. La transformation artificielle • Traitement CaCl2 et choc thermique • Choc électrique : électroporation GEF L2S4 2008-2009

  18. Échanges d’informations génétiques entre cellules Transformation 2. Conjugaison 3. Transduction GEF L2S4 2008-2009

  19. Expérience de Lederberg et Tatum (1946) GEF L2S4 2008-2009

  20. Expérience de Davies (1950) • pas de recombinants isolés si les • souches A et B sont séparées par • un filtre imperméable aux bactéries Souche A Souche B Conjugaison nécessite contact entre cellules GEF L2S4 2008-2009

  21. 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

  22. 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, Transfert de l’ADN (gènes mob): traM, traY, traD, traI, traZ Régulation : finP, finO, traJ Insertion dans le chromosome replication GEF L2S4 2008-2009

  23. Opéron tra très proche de celui du plasmide F Résistances aux antibiotiques et métaux lourds Le plasmide R100 GEF L2S4 2008-2009

  24. 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

  25. Mécanisme de conjugaison Formation couple de conjugaison : gènes tra Transfert de l’ADN : gènes mob GEF L2S4 2008-2009

  26. Transfert de l’ADN GEF L2S4 2008-2009

  27. Les souches Hfr GEF L2S4 2008-2009

  28. Pont cytoplasmique Les différents « destins » du plasmide F D’autres plasmides conjugatifs se comportent de la même manière! GEF L2S4 2008-2009 D’après D. Bryant, Univ. MacGill, Canada

  29. La formation des souches « haute fréquence de recombinaison » (Hfr) GEF L2S4 2008-2009

  30. Initiation de la mobilisation de marqueurs chromosomiques GEF L2S4 2008-2009

  31. C B D R A C B D A Mobilisation de marqueurs chromosomiques c B b A a R c B A R GEF L2S4 2008-2009

  32. Différentes souches Hfr GEF L2S4 2008-2009

  33. GEF L2S4 2008-2009

  34. GEF L2S4 2008-2009

  35. Carte chromosomique E.coli K12 établie grâce à l’étude des dérivés Hfr GEF L2S4 2008-2009

  36. C B D R A C B D A Pourquoi le marqueur SmR n’est-il pas passé dans l’expérience de Hayes? SmR c B SmR b A a R c B A R GEF L2S4 2008-2009

  37. Conjugaison-mobilisation Transfert de replicons non-conjugatifs à l’aide d’un plasmide conjugatif « helper » GEF L2S4 2008-2009

  38. Mobilisation par donation (A) et conduction (B) GEF L2S4 2008-2009 D’après la thèse de Barbara Albiger, ULP, 1999

  39. Exemples de mobilisation • Plasmides non-conjugatifs : par donation et conduction • Gènes chromosomiques via Hfr : par conduction GEF L2S4 2008-2009

  40. Échanges d’informations génétiques entre cellules Transformation 2. Conjugaison 3. Transduction GEF L2S4 2008-2009

  41. Découverte : Zinder et Lederberg (1951) Souche A : S. Typhimurium LT-22 (P22) : try- Souche B : S. Typhimurium LT-2 : his- Souche 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

  42. Transduction généralisée GEF L2S4 2008-2009

  43. 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

  44. Transduction spécialisée GEF L2S4 2008-2009

  45. Transduction dgal, pbio GEF L2S4 2008-2009

  46. 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

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