3 types de reproduction sexuelle qui se produisent dans les bactéries (1869 mots)

Les types de reproduction sexuelle qui surviennent chez les bactéries sont les suivants:

Les observations cytologiques et les études génétiques indiquent quelque chose comme la reproduction sexuée, impliquant la fusion de deux cellules différentes et un transfert de facteurs héréditaires se produisant dans les bactéries, bien que cela soit peu fréquent. La recombinaison génétique se produit chez les bactéries qui ont été soigneusement étudiées et probablement chez d’autres espèces.

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Escherichia coli, une des espèces de bactéries les plus étudiées, a des relations sexuelles entre hommes et transfère des informations génétiques par contact direct avec des femelles. Cette capacité à transférer des gènes est régulée par un facteur de fertilité F + qui peut lui-même être transféré à une femme, la transformant ainsi en un homme.

Les cellules bactériennes végétatives habituelles sont haploïdes et, dans la reproduction sexuée, une partie ou la totalité du chromosome passe de la cellule mâle à la cellule femelle, donnant une cellule, c'est-à-dire partiellement ou totalement diploïde. Le croisement se produit alors entre le chromosome femelle et le chromosome ou fragment mâle, suivi par un processus de ségrégation qui produit des cellules de descendance haploïdes.

1. Transformation bactérienne:

Le transfert génétique dans les bactéries se produit également par transformation, au cours de laquelle la molécule d'ADN de la cellule du donneur, libérée par sa désintégration, est absorbée par une autre cellule réceptrice et sa progéniture hérite de certains caractères de la cellule du donneur. Lorsque différentes souches de bactéries se trouvent à l'état mélangé, que ce soit en culture ou dans la nature, certains des produits résultants possèdent une combinaison de caractères des souches parentales. Ce phénomène est connu sous le nom de recombinaison.

Le phénomène de transformation a été enregistré pour la première fois par Griffith (1928). Avery, Macleod et McCarty (1944) ont démontré que le principe de transformation était l'ADN dans la séquence d'événements de la transformation bactérienne.

Les pistes de recherche qui ont permis de comprendre la nature chimique du matériel génétique sont issues d'une étude de l'organisme nuisible Diplococcus pneumoniae. Cette bactérie provoque une pneumonie chez les hommes. En 1928, Frederick Griffith découvrit qu'il existait deux souches de D. pneumoniae, l’une formant des colonies lisses protégées par une capsule et l’autre formant des colonies irrégulières ou rugueuses sans capsule lorsqu’elles étaient cultivées dans un milieu approprié dans des boîtes de Pétri.

Lorsqu'elles sont injectées à des souris (A), seules les cellules lisses encapsulées (virulentes) produisent la maladie, mais pas les cellules rugueuses non virulentes (B). D'autre part, lorsque les cellules lisses capsulées (virulentes) tuées par la chaleur ont été mélangées à des cellules rugueuses non virulentes (D), puis ont été injectées chez la souris, la maladie a été produite. Cela montre que certains facteurs liés aux cellules lisses mortes et capsulées ont transformé les cellules rugueuses non virulentes vivantes en cellules (virulentes) capsulées lisses vivantes (voir fig. 2.16).

En 1944, Avery, McCarty et Macleod appuyèrent l'expérience de Griffith par une explication moléculaire. Ils ont découvert que l'ADN isolé des cellules lisses tuées par la chaleur, ajouté aux cellules brutes, changeait leur caractère superficiel de rugueux à lisse et les rendait également virulentes.

Cette expérience a montré que l’ADN était le matériel génétique responsable de l’induction du caractère lisse des cellules et de leur propriété de virulence chez la souris. Leur expérience a prouvé que la transformation bactérienne implique le transfert d’une partie de l’ADN de la bactérie morte (donneur) à la bactérie vivante (destinataire), qui exprime le caractère de cellule morte et est donc connue sous le nom de recombinant.

L'agent viral infectant est l'ADN:

Un bactériophage (virus T2) infecte la bactérie Escherichia coli. Après infection, le virus se multiplie et les phages T2 sont libérés lors de la lyse des cellules bactériennes. Comme nous le savons, le phage T2 contient à la fois de l'ADN et des protéines. Maintenant, la question qui se pose est de savoir lequel des deux composants dispose des informations à programmer pour la multiplication de plus de particules virales.

Pour résoudre ce problème, Hershey et Chase (1952) ont mis au point une expérience avec deux préparations différentes de phage T ₂ . Dans une préparation, ils ont rendu les protéines partiellement radioactives et dans l'autre, l'ADN a été radioactif. Ensuite, une culture de E. coli a été rendue infectée par ces deux préparations de phage. Immédiatement après l'infection et avant la lyse des bactéries, les cellules de E. coli ont été doucement agitées dans un mélangeur de manière à ce que les particules de phage adhérentes se détachent, puis la culture a été centrifugée. Il en résulte que des pellets plus lourds de cellules bactériennes infectées se sont déposés au fond du tube. Les particules virales plus légères et celles qui n’ont pas pénétré dans les cellules bactériennes ont été retrouvées dans le surnageant. Il a été constaté que, lors de l'expérience, lorsque le phage T2 à ADN radioactif était utilisé pour infecter E. coli, le culot bactérien le plus lourd était également radioactif. D'autre part, lorsque le phage T2 avec une protéine radioactive était utilisé, le culot bactérien avait très peu de radioactivité et la plus grande partie de la radioactivité était retrouvée dans le surnageant. Ce

que c’est l’ADN viral et non la protéine qui contient les informations pour la production de davantage de particules de phage T _2, l’ADN étant donc un matériel génétique. Cependant, dans certains virus (par exemple, TMV, virus de la grippe et virus de la polio), l'ARN sert de matériel génétique (voir fig. 2.17).

Hershey et Chase ont mené deux expériences. Dans une expérience, E. coli a été administré dans un milieu contenant le radio-isotope S ³⁵ et dans l'autre expérience, E. coli a été cultivé dans un milieu contenant le radio-istope P ³² . Dans ces expériences, les cellules de E. coli infectées avec le phage T2 libéré à partir de cellules de E. coli cultivées dans du milieu S35 ont S35 dans leur capside protéique, et celles du milieu P32 avaient P32 dans leur ADN.

Lorsque ces phages ont été utilisés pour infecter de nouvelles cellules d'E. Coli en milieu normal, les cellules bactériennes infectées par des phages marqués au S35 présentaient la radioactivité dans leur paroi cellulaire et non dans le cytoplasme. Alors que les bactéries infectées avec les phages marqués au P ³² avaient montré la condition inverse.

Ainsi, on peut dire que lorsque le phage T2 infecte la cellule bactérienne, sa capside protéique reste en dehors de la cellule bactérienne mais son ADN pénètre dans le cytoplasme de la bactérie. Lorsque les cellules infectées des bactéries sont lysées, de nouvelles particules virales complètes (phages T2) se forment. Cela prouve que l’ADN viral contient les informations nécessaires à la synthèse de plusieurs copies d’ADN et de capsides protéiques. Cela montre que l'ADN est un matériel génétique (voir fig. 2.19).

2. Transduction bactérienne:

Le transfert génétique dans les bactéries est réalisé par un processus appelé transduction. L'expérience de Lederberg et Zinder (1952) sur Salmonella typhimurium (tube en U) a montré que des virus ou phages bactériens sont responsables du transfert de matériel génétique de l'un à l'autre.

phages lytiques. Ainsi, l'hôte acquiert un nouveau génotype. La transduction a été démontrée chez de nombreuses bactéries.

Dans ce processus, la molécule d'ADN qui porte les caractères héréditaires de la bactérie du donneur est transférée à la cellule réceptrice par l'intermédiaire de la particule de phage. Dans ce processus, très peu de caractères étroitement liés peuvent être transférés par chaque particule. Ainsi, le bactériophage entraîne des modifications génétiques chez les bactéries qui survivent à l'attaque par le phage.

Quand une cellule bactérienne est infectée par un virus tempéré, le cycle de lyse ou la lysogénie commence. Par la suite, l'ADN de l'hôte se décompose en petits fragments lors de la multiplication du virus. Certains de ces fragments d’ADN sont incorporés aux particules de virus devenant des transducteurs. Lorsque les bactéries lysent ces particules avec les particules virales normales, elles sont libérées

Lorsque ce mélange de particules virales transductrices et normales est autorisé à infecter la population de cellules réceptrices, la plupart des bactéries sont infectées par des particules virales normales et il en résulte une lysogénie ou un cycle lytique. Quelques bactéries sont infectées par des particules transductrices, une transduction a lieu et l'ADN des particules virales subit des recombinaisons génétiques avec l'ADN bactérien. (Voir les figures 2.20 et 2.21).

3. Conjugaison bactérienne:

Wollman et Jacob (1956) ont décrit une conjugaison dans laquelle deux bactéries se côtoient pendant une demi-heure. Pendant cette période, une partie du matériel génétique passe lentement d’une bactérie désignée mâle à un receveur désigné femelle. Cela a été établi que le matériel masculin est entré dans la femme dans une série linéaire.

La recombinaison génétique entre les cellules donneuses et les cellules receveuses se déroule comme suit: L’ADN de Hfr, après avoir laissé une partie du fragment dans la cellule receveuse, se reforme à nouveau de manière circulaire. Dans la souche F, la recombinaison génétique a lieu entre le fragment donneur et l'ADN receveur. Le transfert de gènes est un processus séquentiel et une souche de Hfr donnée donne toujours des gènes dans un ordre spécifique. Un ADN donneur simple brin (facteur F) est intégré dans le chromosome de l'hôte à l'aide de l'enzyme nucléase (voir fig. 2.21 et 2.22).

Dans la conjugaison bactérienne, le transfert de matériel génétique (ADN) s'effectue par contact de cellule à cellule par cellule. Au cours du processus de conjugaison, une grande partie du génome est transférée, tandis que lors de la transformation et de la transduction, seul un petit fragment d’ADN est transféré. Le processus de conjugaison a été découvert par Lederberg et Tatum (1944) dans une seule souche d'Escherichia coli. La conjugaison a également été démontrée chez Salmonella, Pseudomonas et Vibrio.

En conjugaison, le matériel génétique est transféré dans un sens, de la souche du donneur à celle du receveur. Les souches du donneur et du receveur sont toujours déterminées génétiquement. La souche receveuse est désignée par F, tandis que les souches donneuses sont de deux types et sont désignées par F ⁺ et H fr (haute fréquence de recombinaison). Si la souche ne donne qu'une petite partie de son génome, elle s'appelle F ⁺, et si elle en donne une grande quantité, elle s'appelle H fr. Ces facteurs F ⁺ et H fr sont appelés épisomes.

Les souches F ⁺ et Hfr sont caractérisées par la présence de structures spécifiques en forme de flagelles, appelées pilus sexuels. Le pilus sexuel est absent chez les souches F ⁺ et est responsable de l'accouplement bactérien. Les pili de sexe de F ⁺ et H fr touchent le type de cellules opposées qui s'accouplent spécifiquement pour transférer le matériel génétique.

Le pilus sexuel a un trou de 2, 5 µm de diamètre qui est assez grand pour qu'une molécule d'ADN puisse le traverser dans le sens de la longueur. Au moment de l'appariement, l'ADN de la souche H fr (donneur) est immédiatement transféré à la souche F (receveur). L'ADN circulaire des cellules Hfr s'ouvre et se réplique, mais lors du transfert, un brin d'ADN est nouvellement synthétisé, tandis que l'autre brin est dérivé d'un brin préexistant de la souche H fr. Après le transfert de l'ADN, les deux cellules sont séparées l'une de l'autre.

Après avoir laissé de côté son fragment dans la cellule réceptrice, l'ADN de H fr se reforme de manière circulaire. Dans la souche F ^, la recombinaison génétique a lieu entre le fragment donneur et l’ADN receveur. Le transfert de gènes est un processus séquentiel. Une souche H fr donnée donne toujours des gènes dans un ordre spécifique. Si les souches F ^- et H fr sont autorisées à se mélanger dans une suspension, différents gènes dans une séquence de temps sont transférés du génome de H fr à la souche F ^- . Les gènes qui entrent tôt apparaissent toujours dans un pourcentage plus élevé des recombinaisons que les gènes qui entrent tardivement (voir fig. 2.22, 2.23 et 2.24).

La conjugaison conduit à un certain nombre de recombinants dans une suspension de cellules F ⁺ et H fr. Ces recombinants sont variables dans leur constitution génotypique et donc aussi dans leur expression phénotypique. Ces recombinants sont entièrement nouveaux et différents de leurs parents.