Définition de la conjugaison bactérienne
La conjugaison bactérienne est un moyen par lequel une cellule bactérienne transfère du matériel génétique à une autre cellule bactérienne. Le matériel génétique qui est transféré par la conjugaison bactérienne est un petit plasmide, appelé plasmide F (F pour facteur de fertilité), qui porte une information génétique différente de celle qui est déjà présente dans les chromosomes de la cellule bactérienne. En fait, le plasmide F peut se répliquer dans le cytoplasme séparément du chromosome bactérien.
Une cellule qui possède déjà une copie du plasmide F est appelée cellule F-positive, F-plus ou F+, et est considérée comme une cellule donneuse, tandis qu’une cellule qui ne possède pas de copie du plasmide F est appelée cellule F-négative, F-minus ou F-, et est considérée comme une cellule receveuse. Le transfert du plasmide F s’effectue par une connexion horizontale par laquelle la cellule donneuse et la cellule receveuse entrent directement en contact l’une avec l’autre ou forment un pont entre les deux par lequel le matériel génétique est transféré. Dans les cas où le plasmide F d’une cellule donneuse a été intégré dans le génome de la cellule (c.-à-d, dans le chromosome), une partie de l’ADN chromosomique peut également être transférée à la cellule réceptrice en même temps que le plasmide F.
Étapes de conjugaison bactérienne
Pour transférer le plasmide F, une cellule donneuse et une cellule réceptrice doivent d’abord établir un contact. À ce stade, lorsque les cellules établissent le contact, le plasmide F de la cellule donneuse est une molécule d’ADN double brin qui forme une structure circulaire. Les étapes suivantes permettent le transfert du plasmide F d’une cellule bactérienne à une autre :
Étape 1
La cellule F+ (donneuse) produit le pilus, qui est une structure qui se projette hors de la cellule et entame le contact avec une cellule F- (receveuse).
Etape 2
Le pilus permet un contact direct entre la cellule donneuse et la cellule receveuse.
Etape 3
Parce que le plasmide F est constitué d’une molécule d’ADN double brin formant une structure circulaire, c’est-à-dire, elle est fixée aux deux extrémités, une enzyme (relaxase, ou relaxosome lorsqu’elle forme un complexe avec d’autres protéines) entaille l’un des deux brins d’ADN du plasmide F et ce brin (également appelé brin T) est transféré à la cellule réceptrice.
Etape 4
Dans la dernière étape, la cellule donneuse et la cellule receveuse, contenant toutes deux de l’ADN simple brin, répliquent cet ADN et finissent ainsi par former un F-plasmide double brin identique au F-plasmide d’origine. Étant donné que le plasmide F contient des informations permettant de synthétiser des pili et d’autres protéines (voir ci-dessous), l’ancienne cellule réceptrice est maintenant une cellule donneuse avec le plasmide F et la capacité de former des pili, tout comme l’était la cellule donneuse d’origine. Désormais, les deux cellules sont donneuses ou F+.
Les quatre étapes mentionnées ci-dessus sont visibles sur cette figure :
Transfert d’ADN
Afin d’éviter de transférer le plasmide F à une cellule F+, le plasmide F contient généralement des informations qui permettent à la cellule donneuse de détecter (et d’éviter) les cellules qui en possèdent déjà un. En outre, le plasmide F contient deux loci principaux (tra et trb), une origine de réplication (OriV) et une origine de transfert (OriT). Le locus tra contient l’information génétique permettant à la cellule donneuse de s’attacher à une cellule réceptrice : les gènes du locus tra codent pour les protéines qui forment les pili (gène de la piline) afin d’amorcer le contact cellule-cellule, et pour d’autres protéines qui permettent de s’attacher à la cellule F et d’amorcer le transfert du plasmide F. Le locus trb contient l’ADN qui permet à la cellule donneuse de s’attacher à la cellule réceptrice. Le locus trb contient de l’ADN qui code pour d’autres protéines, comme certaines qui sont impliquées dans la création d’un canal par lequel l’ADN est transféré de la cellule F+ à la cellule F-. L’OriV est le site où se produit la réplication de l’ADN et l’OriT est le site où l’enzyme relaxase (ou le complexe protéique relaxosome) entaille le brin d’ADN du plasmide F (voir l’étape 3 ci-dessus).
Bien que l’ADN qui est transféré dans la conjugaison bactérienne soit celui présent dans le plasmide F, lorsque la cellule donneuse a intégré le plasmide F dans son propre ADN chromosomique, la conjugaison bactérienne peut entraîner le transfert du plasmide F et de l’ADN chromosomique. Lorsque c’est le cas, un contact plus long entre les cellules donneuses et réceptrices entraîne le transfert d’une plus grande quantité d’ADN chromosomique.
Les avantages de la conjugaison bactérienne font de cette méthode de transfert de gènes une technique largement utilisée en bio-ingénierie. Certains de ces avantages comprennent la capacité de transférer des séquences d’ADN relativement importantes et de ne pas nuire à l’enveloppe cellulaire de l’hôte. De plus, la conjugaison a été réalisée en laboratoire non seulement entre des bactéries, mais aussi entre des bactéries et des types de cellules comme les cellules végétales, les cellules de mammifères et les levures.
Quiz
1. Quelle information génétique (ADN) contient un plasmide F?
A. De l’ADN chromosomique.
B. De l’ADN non chromosomique avec des gènes régulateurs.
C. De l’ADN qui code pour des protéines permettant de produire des pili.
D. B et C.
E. Toutes ces réponses.
2. Comment l’ADN du plasmide F est-il transféré de la cellule donneuse (F+) à la cellule réceptrice (F-) ?
A. Un brin d’ADN du plasmide F est d’abord entaillé, puis transféré et enfin répliqué.
B. Les deux brins d’ADN du plasmide F sont d’abord entaillés, puis transférés et enfin répliqués.
C. Les deux brins d’ADN du plasmide F sont d’abord répliqués, puis entaillés et enfin transférés.
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