Chapitre 5 : Génétique Microbienne

 

Chapitre 5 : Génétique Microbienne

La génétique microbienne étudie les mécanismes de l'hérédité et de la variation chez les micro-organismes. Ce chapitre aborde la structure et la fonction de l'ADN et de l'ARN, les mécanismes de mutation et de recombinaison, ainsi que le transfert horizontal de gènes.


I. Structure et Fonction de l'ADN et de l'ARN chez les Micro-organismes

A. Structure de l'ADN

1- Composition Chimique

  • Nucléotides : Unité de base de l'ADN, composée de trois parties :
    • Base azotée : Adénine (A), Thymine (T), Cytosine (C), Guanine (G)
    • Sucre désoxyribose : Un pentose (sucre à cinq carbones)
    • Groupe phosphate : Relie les nucléotides entre eux par des liaisons phosphodiester.

2- Double Hélice

  • Structure : Deux brins antiparallèles enroulés en hélice.
  • Appariement des Bases : A-T et C-G par des liaisons hydrogène (2 liaisons pour A-T, 3 pour C-G).
  • Sens des Brins : 5' → 3' et 3' → 5'.

3- Fonctions de l'ADN

  • Stockage de l'information génétique : Codage des instructions pour la synthèse des protéines.
  • Réplicabilité : Capacité de se dupliquer fidèlement avant la division cellulaire.
  • Transcription : Modèle pour la synthèse de l'ARN.

B. Structure de l'ARN

1- Composition Chimique

  • Nucléotides : Similaires à ceux de l'ADN, mais avec du ribose et de l'uracile (U) à la place de la thymine (T).
  • Base azotée : Adénine (A), Uracile (U), Cytosine (C), Guanine (G)

2- Types d'ARN

  • ARN messager (ARNm) : Transport de l'information génétique de l'ADN aux ribosomes.
  • ARN ribosomal (ARNr) : Principal composant structurel des ribosomes.
  • ARN de transfert (ARNt) : Transport des acides aminés aux ribosomes pour la synthèse protéique.

3- Fonctions de l'ARN

  • Expression des gènes : Transcription et traduction.
  • Régulation : Contrôle de la synthèse protéique et autres fonctions cellulaires.

II. Mécanismes de Mutation et de Recombinaison

A. Mutations

1- Définition

  • Modification de la séquence nucléotidique de l'ADN, pouvant être spontanée ou induite par des agents externes.

2- Types de Mutations

  • Substitution de bases : Remplacement d'un nucléotide par un autre.
  • Délétion : Perte d'un ou plusieurs nucléotides.
  • Insertion : Ajout d'un ou plusieurs nucléotides.
  • Mutations de décalage du cadre de lecture : Changement du cadre de lecture de la séquence codante.

3- Effets des Mutations

  • Neutres : Aucun effet sur la protéine ou la fonction cellulaire.
  • Bénéfiques : Avantages sélectifs (ex. résistance aux antibiotiques).
  • Délétères : Dysfonctionnements cellulaires ou mort cellulaire.

B. Recombinaison

1- Définition

  • Échange de segments d'ADN entre différentes molécules d'ADN, générant de nouvelles combinaisons génétiques.

2- Types de Recombinaison

  • Recombinaison homologue : Entre séquences similaires.
  • Recombinaison non homologue : Entre séquences dissemblables.
  • Recombinaison site-spécifique : Intégration d'ADN à des sites spécifiques.

3- Rôle de la Recombinaison

  • Diversité génétique : Création de nouvelles combinaisons d'allèles.
  • Réparation de l'ADN : Correction de l'ADN endommagé.
  • Transfert de gènes : Acquisition de nouvelles fonctions.

III. Transfert Horizontal de Gènes

Le transfert horizontal de gènes (THG) permet aux micro-organismes de partager des gènes sans reproduction sexuée, facilitant l'acquisition de nouvelles caractéristiques.

A. Transformation

1- Définition

  • Intégration d'ADN nu provenant de l'environnement par une cellule compétente.

2- Mécanisme

  • Étapes : Captation de l'ADN exogène, incorporation dans le génome par recombinaison.
  • Compétence : État de la cellule permettant la transformation, souvent induit par des conditions spécifiques.

3- Importance

  • Acquisition de nouvelles propriétés : Par exemple, la résistance aux antibiotiques.

B. Conjugaison

1- Définition

  • Transfert direct d'ADN entre deux cellules via un contact physique.

2- Mécanisme

  • Cellule donneuse : Porte un plasmide conjugatif (ex. plasmide F chez E. coli).
  • Formation du pilus : Structure reliant les cellules donneuse et receveuse.
  • Transfert du plasmide : Une copie du plasmide est transférée à la cellule receveuse.

3- Importance

  • Propagation rapide des gènes : Par exemple, gènes de résistance aux antibiotiques.

C. Transduction

1- Définition

  • Transfert de gènes par l'intermédiaire d'un bactériophage.

2- Mécanisme

  • Phage infectant une bactérie : Encapsidation accidentelle d'ADN bactérien.
  • Infection subséquente : Transfert de l'ADN bactérien à une nouvelle cellule hôte.

3- Types de Transduction

  • Transduction généralisée : N'importe quel fragment d'ADN bactérien peut être transféré.
  • Transduction spécialisée : Transfert de gènes spécifiques près du site d'insertion du prophage.

4- Importance

  • Diversité génétique : Création de nouvelles combinaisons génétiques.
  • Transfert de gènes importants : Gènes de virulence, résistance aux antibiotiques.

Conclusion

La génétique microbienne est essentielle pour comprendre les mécanismes de variation et d'évolution chez les micro-organismes. La structure et la fonction de l'ADN et de l'ARN, les mécanismes de mutation et de recombinaison, ainsi que les divers modes de transfert horizontal de gènes jouent tous un rôle crucial dans la diversité génétique et l'adaptabilité des micro-organismes. Ces processus sont fondamentaux pour le développement de stratégies visant à contrôler les infections microbiennes et à exploiter les micro-organismes à des fins biotechnologiques.