Génétique bactérienne

Génétique bactérienne :

Plasticité des génomes bactériens :

Ou comment les bactéries ont pu évoluer si efficacement et encore aujourd’hui si rapidement ?

Plan

1. Organisation/structure des génomes bactériens

1. Les génomes bactériens
2. Contrôle de l’expression
3. Notion de changement de phénotype – sélection

1. Variabilité liée à des transferts verticaux : mutations et systèmes de réparation
2. Plasticité liée à des transferts horizontaux

1. La conjugaison bactérienne
2. La génétique des phages et la transduction
3. La transformation
4. Les éléments génétiques mobiles et la transposition

1. Organisation/structure des génomes bactériens

1.Les génomes bactériens

Taille génome des procaryotes :

Archaea : 0,5 Mpb à 6 Mpb [pic 1][pic 2]

[pic 3]

Archaea symbiote, manque nombres de voies de biosynthèse : AA, lipides, nucléotides, vitamines apportées par l’organisme partenaire

Bactéries : 0,6 Mpb à 10Mpb [pic 4]

[pic 5][pic 6]

Mycoplasme : pathogène intracellulaire strict, une seule niche écologique

Manque beaucoup gènes pour enzymes des voies de catabolisme et d’anabolisme : AA peptidoglycane, cycles de krebs etc…

Organisme en vie autonome (non intracellulaire) le plus petit doit avoir au minimum un génome > 1Mpb [pic 7]

Rappel : Anabolisme : métabolisme de synthèse

               Catabolisme : métabolisme de dégradation

Génomes des procaryotes plus petits en « longueur de séquences » que les génomes eucaryotes : facteur 1000 en moyenne[pic 8]

        de 0,5 Mpb à 10 Mpb contre  2,9 Mpb (Microsporidia) à 4000 Mpb

Exemple : E.Coli : 4Mpb

               Homme : 4000 Mpb

Génomes des procaryotes plus petits en « longueur de séquences » que les génomes eucaryotes : facteur 1000 en moyenne

Mais séquence plus utilisée pour coder des protéines :

• 88% des génomes procaryote ! (12% ADN non codant) [pic 9]
• vs 2 % du génomes eucaryotes (98% ADN non codant)

[pic 10]

=> Différence de taille en nombre de gènes entre procaryotes et eucaryotes : facteur 10 en moyenne

Le génome bactérien est certes plus petit mais code pour plus de protéines que les eucaryotes.

On peut conclure que chez les procaryotes il y a des génomes qui sont environ 1000 fois plus petit que les eucaryotes mais ils ne codent seulement pour 10 fois moins de protéines.

La taille moyenne d’un gène procaryote est de 1000 bp [pic 11]

Génome des bactéries constitués :

- du chromosome : code pour des fonctions essentielles (traduction, ADN polymérase, transcription, réplication, cycle de Krebs etc…) à la bactérie

•  de plasmides : apporte un avantage, non essentiel à la bactérie

Ainsi les bactéries peuvent vivre sans les plasmides qui leur confèrent seulement un avantage.

[pic 12]

Au début, on croyait que les bactéries avaient seulement 1 chromosome circulaire et plasmides circulaires. 

Étude initiale sur E.coli et B.subtilis :

-  ADN double brin

- 1 chromosome circulaire + plasmides circulaires

En 1989 : 2 chromosomes chez la bactérie Rhodobacter sphaeroides, de 3Mpb et 0,9Mpb qui codent tous deux pour ARNr, ARNt, enzymes métaboliques

Le(s) chromosome(s) de certaines bactéries est linéaire : décrit en 1979, démontré en 1989 chez Borrelia burgdoferi

[pic 13]

Les plasmides peuvent également être linéaires

Linéarisation pourrait résulter de l’intégration d’un phage linéaire dans un ADN circulaire de la bactérie

Bactéries : organismes haploïdes = 1 seule copie de chaque gène (leur chromosome n’est pas dupliqué) [pic 14]

Exceptions :

Certains gènes sont dupliqués

• Ex: 2 gènes codant pour l’alanine racémase chez E.coli (leur gène est tellement essentiel qu’il a besoin d’avoir une autre enzyme au cas où)
• cas de Deinococcus radiodurans : bactérie polyextrêmophile, organisme le plus radiorésistant au monde , « Conan la bactérie »

 Résiste aux UVs, aux radiations ionisantes, à H2O2, au vide, à l’acide, aux températures extrêmes, au dessèchement

        Résistance aux radiations est liée à de nombreuses copies de nombreux gènes[pic 15]

(= 4 à 10 copies de son génome composé de 2 chromosomes circulaires et 2 plasmides circulaires)[pic 16]

Deinococcus radiodurans découverte en 1956 lors d’expériences sur la stérilisation de boîte de conserve par des rayons gamma

Cette bactérie est ubiquiste :  vit dans milieux différents, riches en matière organique ou non, sur des instruments chirurgicaux irradiés…