Le sexe et les micro-organismes

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Traductions

Définition

Domaine, Discipline, Thématique

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Génétique / Microbiologie / Biologie moléculaire / Biologie cellulaire / Biochimie / Géni génétique /

Justification

Définition écrite

• La bactérie peut être l'objet de variations génétiques autres que la mutation. Celles-ci peuvent résulter du transfert de matériel génétique d'une bactérie à une autre par des processus aussi différents que la transformation, la transduction et la conjugaison.
• La transformation

est le transfert passif d'ADN d'une bactérie donatrice à une bactérie réceptrice, dite en état de compétence. Le transfert, qui est partiel et limité à quelques espèces bactériennes, entraîne l'acquisition par la bactérie réceptrice de nouveaux caractères génétiques stables et transmissibles.  

• La conjugaison

La conjugaison est un transfert d'ADN entre une bactérie donatrice et une bactérie réceptrice, qui nécessite le contact et l'appariement entre les bactéries, et repose sur la présence dans la bactérie donatrice ou mâle d'une facteur de sexualité ou de fertilité (facteur F). Celui-ci permet la synthèse de pili sexuels et donne la polarité au chromosome. Le transfert d'ADN chromosomique qui est à sens unique, orienté, progressif et quelquefois total, a beaucoup de similitudes avec le transfert d'ADN extrachromosomique (plasmidique)

• facteur f c'est le facteur de fertilité ou Épisome F ou Facteur de sexualité

• 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+.   Mise en évidence de la conjugaison La découverte de la transformation chez le pneumocoque et la possibilité d'obtenir des mutants auxotrophes (incapables de faire la synthèse d'un métabolite essentiel) ont suscité des recherches sur la recombinaison génétique chez les bactéries. L'expérience princeps de Lederberg et Tatum (1946) est à l'origine de la découverte de la conjugaison. Dans un milieu de culture liquide, ces auteurs ont mélangé deux types de mutants auxotrophes d'E.coli, d'une part des mutants exigeants seulement en thréonine (T-) et en leucine (L-) et, d'autre part, des mutants exigeants seulement en méthionine (M-) et biotine (B-). Après plusieurs heures de contact entre les mutants T- L- M+ B+ et les mutants T+ L+ M- B-, Lederberg et Tatum ont isolé des E.coli T+ L+ M+ B+ (environ 100 pour 108 E.coli). La recombinaison s'était produite avec une faible fréquence (10-6) et exigeait en plus le contact entre les deux types de mutants auxotrophes   Caractères de la conjugaison

• Spécificité

Le transfert d'ADN chromosomique par conjugaison ne se produit qu'entre bactéries d'une même espèce (spécificité), et surtout chez les bactéries à Gram négatif telles que les entérobactéries (E.coli, Salmonella... et Pseudomonas aeruginosa). Le transfert d'ADN extrachromosomique (plasmide) est en revanche plus répandu parmi les espèces bactériennes et est moins spécifique d'espèce. Différentiation sexuelle Le transfert, qui est à sens unique (bactérie donatrice-bactérie réceptrice) repose sur la présence chez la bactérie donatrice du facteur sexuel ou facteur de fertilité (F) à laquelle il confère la polarité ou le caractère mâle (F+). Le facteur sexuel est le premier plasmide connu. L'information génétique qu'il porte code pour la biosynthèse de pili sexuels, pour son insertion possible dans le chromosome bactérien et pour la mobilisation (le transfert) de ce dernier vers des bactéries réceptrices (F-).

• Contact ou appariement

Le transfert chromosomique n'est possible qu'après appariement par couple des bactéries donatrice et réceptrice. Il fait d'abord intervenir les pili sexuels (2 à 3 par bactérie F+) qui reconnaissent par leurs extrêmités les zones de contact à la surface des bactéries F- et s'y fixent puis se rétractent en rapprochant les deux types de bactéries. Ils permettent ainsi leur contact et la formation d'un pont cytoplasmique de 100 à 300 mμ par lequel va s'opérer le transfert chromosomique.

• Transfert de l'ADN

Le pont cytoplasmique formé, le transfert génétique peut commencer. Il ne porte d'abord que sur un brin d'ADN, ce qui permet de restaurer l'intégrité du génôme de la bactérie donatrice par un processus de réplication asymétrique. Ce processus de réplication asymétrique a lieu tout près du pont cytoplasmique et met en jeu un site réplicateur spécifique. Le transfert du brin d'ADN est à sens unique, orienté, progressif, quelquefois total. Il dure alors une centaine de minutes à 37°C. Son interruption artificielle par agitation mécanique permet de déterminer la séquence des gènes transférés et d'établir la carte chromosomique

• Caractères chromosomiques transférés

Tous les caractères codés par le chromosome (c'est-à-dire tous les gènes) peuvent être transférés. En effet,le facteur F peut être intégré dans le chromosome bactérien à certains sites. Dans cette position il permet le transfert de gènes chromosomiques proches de ces sites d'une bactérie à une autre mais ne transfère que rarement le facteur lui-même. Le facteur F peut rester autonome dans le cytoplasme. Dans cette position il ne transmet à la bactérie réceptrice que le facteur F mais pas de gène chromosomique. Lors du passage de l'état intégré à l'état autonome, le facteur F peut emporter avec lui des gènes bactériens. Le résultat en est un plasmide F' qui contient ces gènes et capable de les transférer à une bactérie réceptrice de nouveaux gènes : c'est la F-duction ou sex-duction. Si les gènes transférés par le facteur F' s'intègrent dans le chromosome de la bactérie réceptrice, on dit qu'il y a eu recombinaison légitime (chromosomique). S'ils ne s'intègrent pas, ils deviennent de véritables gènes mobiles d'une bactérie à une autre. Plasmides conjugatifs Certains plasmides sont capables d'assurer tous seuls leur transfert par conjugaison. On les appelle plasmides conjugatifs

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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. La production et le devenir des mérozygotes: Trois mécanismes de transfert de gènes: la transformation, la transduction et la conjugaison. En biologie, la conjugaison est un mode de reproduction de certains organismes telles que les algues vertes appartenant aux Zygnematophyceae: une structure établit une passerelle entre deux gamétocystes contenant des gamètes de sexe opposé; ensuite, soit un gamète (considéré comme le mâle) va à la rencontre de l'autre (femelle), soit les deux vont à la rencontre l'un de l'autre, par le biais d'un mouvement amiboïde, et la fécondation survient. Autrement dit et plus généralement, la conjugaison est un transfert par contact direct de matériel héréditaire d'une cellule à une autre, elle a lieu chez les bactéries ainsi que chez les protozoaires, mais selon un processus différent, l'isogamie. Voir aussi la sexduction. La conjugaison est le nom donné à un processus sexuel observé occasionnellement dans les paramécies, mais aussi dans d'autres ciliés (ciliés), dans lesquels deux des organismes unicellulaires s'attachent les uns aux autres avec leurs longs côtés afin d'échanger mutuellement leurs informations génétiques. Dans les deux paramécies, les micronucléus (micronoyaux) se divisent d'abord deux fois de suite, c'est-à-dire méiotiques, de sorte que quatre micronoyaux haploïdes se trouvent dans chaque cellule. Parallèlement, le grand noyau (macronucléus) se désintègre progressivement. Sur les quatre micronoyaux créés dans chaque cellule, trois sont dissous et le quatrième est à nouveau divisé. Ici, une partie du noyau diviseur en forme d'haltère se déplace sur une trajectoire presque errante dans la cellule voisine, où elle se confond avec le produit de division non migré du noyau local. Après avoir remplacé le matériau de base, les deux individus adjacents se séparent à nouveau. Donc, il n'y a pas de prolifération cellulaire. Le noyau, redevenu diploïde dans chaque paramécie, se divise finalement en un nouveau petit noyau et un nouveau noyau, qui devient polyploïde. La réorganisation de l'appareil nucléaire chez les ciliés peut se produire non seulement avec la conjugaison, mais aussi à la suite de l'autogamie. Dans ce cas, l'appareil nucléaire traverse toutes les étapes décrites précédemment, mais toutes se produisent seulement dans une cellule. Les pronucléus haploïdes résultants fusionnent ensuite, l'ensemble diploïde de chromosomes est restauré, puis le macronucléus est formé. Ainsi, la conjugaison est analogue à la fécondation croisée, et l'autogamie à l'autofécondation chez les végétaux supérieurs. Le processus de conjugaison chez les infusoires a été établi par E. Maupas en 1889. Une transduction généralisée est un transfert de fragments d'un chromosome bactérien d'une bactérie à une autre par un bactériophage. La transduction non spécifique (non localisée) ou générale est le transfert de l'ADN bactérien par un bactériophage virulent. Lors de la propagation du phage dans la cellule bactérienne (lytique), il peut arriver par hasard qu'un fragment de l'ADN bactérien, qui a été décomposé en fragments par l'ADN du phage, soit incorporé dans un phage au lieu de l'ADN du phage. Si ce phage infecte une autre cellule, l'ADN bactérien est incorporé dans le génome bactérien (recombiné). Elle complète la transduction spécifique, restreinte, ou transduction localisée. La transduction généralisée permet d'étudier la liaison entre certains gènes et d'établir des cartes génétiques du chromosome bactérien. Deux gènes auront d'autant plus de chances d'être transmis simultanément que d'être proches l'un de l'autre. On calcule des fréquences de recombinaisons. Les transductions localisées permettent la création de souches de diploïdes partiels. Elles permettent d'isoler certains gènes. On connaît de très nombreux phages qui permettent donc de récupérer de très nombreux gènes dans un chromosome bactérien. Le phage Lambda est utilisé pour récupérer les gènes Gal ou Bio. En biologie, une transformation est une métamorphose, le processus biologique de la modification de la forme physique après la naissance ou l'éclosion. En génétique, une transformation est un processus qui assure le transfert de gènes d'une bactérie à une autre, sous la forme d'ADN nu en solution. Cette transformation génétique est une altération génétique d'une cellule par absorption d'ADN. La transformation est l'un des trois processus de transfert de gènes horizontaux, où le matériel génétique exogène passe de la bactérie à l'autre, les deux autres étant la conjugaison (transfert du matériel génétique entre deux cellules bactériennes en contact direct) et la transduction (injection d'un bactériophage étranger). virus dans la bactérie hôte). En transformation, le matériel génétique traverse le milieu intermédiaire, et l'absorption dépend complètement de la bactérie receveuse. 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 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 Les principaux types de plasmides -Facteurs de fertilité Plasmides conjugatifs. Facteur F chez E. coli. Plusieurs sont des épisomes. -Facteurs de résistance Possèdent des gènes conférant la résistance à des antibiotiques. Certains sont des plasmides conjugatifs. Habituellement, ils ne sont pas intégrés dans le chromosome bactérien. -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. -Plasmides de virulence Portent des gènes codant pour la virulence. Gènes qui confèrent une résistance aux défenses de l’hôte. Gènes qui codent pour la production de toxines. -Plasmides métaboliques Portent des gènes codant pour des enzymes qui métabolisent des substances. Gènes codant pour des enzymes de dégradation de pesticides. Gènes codant pour la fixation de l’azote. La conjugaison bactérienne Transfert de matériel génétique par contact direct entre cellules. Découvert en 1946 par Lederberg et Tatum. Démontre que le contact directe cellule à cellule est essentiel. 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+. La conjugaison Hfr Souches Hfr Possèdent le facteur F intégré dans le chromosome bactérien. Les gènes plasmidiques et génomiques sont transférés. La conjugaison F' 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 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. 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

Le sexe et les micro-organismes - Historique (+)

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Concepts ou notions associés

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Le sexe et les micro-organismes - Glossaire / (+)

Exemples, applications, utilisations

géni génétique exemple: E Coli microbiologie bactérienne (+)

Erreurs ou confusions éventuelles

• Confusion entre Conjugaison - Transduction
• Confusion entre Conjugaison - Transformation
• Erreur fréquente: Existence des bactéries et des bactéries femelles

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Questions possibles

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Liaisons enseignements et programmes

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Bibliographie

Pour citer cette page: (sexe et les micro-organismes)

ABROUGUI, M & al, 2021. Le sexe et les micro-organismes. In Didaquest [en ligne]. <http:www.didaquest.org/wiki/Le_sexe_et_les_micro-organismes>, consulté le 21, novembre, 2024

• http://www8.umoncton.ca/umcm-filion_martin/cours/microbiologie/chapitre%2013.pdf
• https://www.aquaportail.com/definition-2221-facteur-de-fertilite.html
• http://www.chups.jussieu.fr/polys/bacterio/bacterio/POLY.Chp.2.2.html
• https://www.theses.fr/2017PA066078.pdf.

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