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Microbiologie médicale – Hérédité et mutation des bactéries
People's Health Publishing House, neuvième édition "Medical Microbiology" Chapitre 4 Héritage et mutation bactériens, y compris le génome bactérien, la mutation du gène bactérien, Transfert et recombinaison de gènes, etc.
Modificato alle 2024-03-11 11:37:33
Microbiologie médicale – Hérédité et mutation des bactéries
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Héritage et mutation bactérienne
2. Mutations génétiques bactériennes
Règles de mutation et de mutation
Mutation génétique
définition
Modifications de la structure des gènes causées par la substitution, l'insertion ou la suppression de paires de bases d'ADN
Type de changement de paire de bases
remplacement
Classification
Convertir
Modifications purine-purine, pyrimidine-pyrimidine
transversion
Modifications purine-pyrimidine, pyrimidine-purine
en conséquence de
mutation silencieuse
mutation faux-sens
mutation absurde
insérer
en conséquence de
mutation de décalage de cadre
Manquant
en conséquence de
mutation de décalage de cadre
Caractéristiques de base de la variation bactérienne
Les mutations sont plus susceptibles de provoquer des changements phénotypiques
Rapide et peut provoquer une variation phénotypique sur une courte période
La loi de la mutation génétique
mutations spontanées dans les gènes
définition
d'origine naturelle
prouver
essai de fluctuation
importance
Prouve le caractère aléatoire et spontané des mutations
analyse d'expérience
Si une résistance apparaît après une exposition au phage
Le nombre de colonies résistantes contenues dans les solutions bactériennes des différents tubes à essai doit être fondamentalement le même.
Si une résistance apparaît avant que la bactérie ne soit exposée au phage
Le nombre de colonies résistantes contenues dans les solutions bactériennes de différents tubes à essai est très différent.
Résultats expérimentaux
Les phages ne jouent qu'un rôle de filtrage
Caractéristiques
faible taux de mutation
mutations induites dans les gènes
définition
Le taux de mutation des bactéries peut être augmenté par induction artificielle
Caractéristiques
Taux de mutation élevé
mutation et sélection
Placage de réplique
importance
prouver
Les mutations sont spontanées et aléatoires
Les mutations résistantes se produisent avant l'exposition aux antibiotiques, et les antibiotiques ne servent qu'à dépister les mutants résistants
Mutations de réversion et suppresseurs
connaissances de base
Type sauvage
Souches non mutées isolées de la nature
type mutant
Une souche qui a modifié un certain trait par rapport à la souche de type sauvage
mutation directe
Les bactéries passent du type sauvage au type mutant
mutation inverse
La souche mutante peut restaurer les traits de type sauvage après une seconde mutation
Caractéristiques
Mutations de réversion souvent phénotypiques
Classification
Mutation vers le génotype original
Une autre mutation génétique compense le phénotype original
mutation suppressive
suppression intragénique
Les mutations suppressives se produisent à différents endroits au sein du même gène
suppression intergénique
Des mutations suppressives se produisent dans différents gènes
Bactéries mutantes et isolement
3. Transfert de gènes et recombinaison
connaissances de base
transfert de gène
Le processus de déplacement de l’ADN d’un endroit à un autre dans le génome
Transfert de gènes horizontal (transfert de gènes latéral, LGT)
L'ADN peut être transféré d'un organisme à un autre, s'intégrant aux chromosomes et modifiant la composition de son information génétique.
Caractéristiques
Peut se produire entre des organismes étroitement apparentés, éloignés ou même non apparentés
Par rapport au transfert vertical de gènes (hérédité)
Principales méthodes de transfert horizontal de gènes
transformation
définition
Processus par lequel les bactéries receveuses ingèrent directement des fragments d'ADN de bactéries donneuses (exogènes) et acquièrent de nouveaux traits génétiques.
facteurs déterminants
Compétence des bactéries réceptrices pour la transformation
Expériences associées
Expérience Griffith
processus de base
Principaux facteurs affectant l'efficacité de la conversion
La distance de la relation génétique (le génotype de la bactérie donneuse et receveuse)
Plus la relation est étroite, plus le taux de conversion est élevé
État physiologique de la bactérie réceptrice
Au cours du processus de transformation, les bactéries réceptrices ne peuvent ingérer des fragments d’ADN étrangers que dans un état physiologique compétent.
facteur environnemental
conjugaison
définition
La façon dont les bactéries communiquent entre elles via les pili sexuels et transfèrent le matériel génétique des bactéries donneuses aux bactéries receveuses
plasmide conjugatif
Fonction de codage
incompatibilité
Le plasmide F ne peut pas être transféré aux bactéries F
Synthèse et assemblage de pili sexuels
Maintenir la stabilité pendant la conjugaison et l’accouplement bactériens
Coupe l'ADN en rotation et facilite le transfert des brins dans les bactéries réceptrices
Certains plasmides conjugatifs assurent également la transmission de plasmides non conjugatifs ou de parties du chromosome.
Classification
Plasmide F (plasmide de fertilité)
Le mécanisme de la « conjugaison » médiée par le plasmide F
processus de base
L'ADN simple brin pénètre dans les bactéries F via le pont de conjugaison des pili sexuels
Recombinaison haute fréquence (Hfr)
définition
Le plasmide F s'intègre dans le chromosome bactérien et assure le transfert à haute fréquence de gènes sur le chromosome bactérien hôte.
Caractéristiques
Le plasmide F de Hfr peut médier le transfert de son propre chromosome vers une autre bactérie F
Au cours du processus de conjugaison, le plasmide F pénètre finalement dans la bactérie réceptrice
La probabilité que la bactérie receveuse obtienne l’ADN plasmidique F complet de la bactérie Hfr est très faible.
Hfr a aussi des pili sexuels
L'intégration du plasmide F dans les souches Hfr est réversible
se détache parfois du chromosome, ce qui amène la bactérie à mettre fin à l'état Hfr
Plasmide F'
définition
Le plasmide F détaché du chromosome peut également porter un fragment d'ADN adjacent au site d'intégration, appelé plasmide F'.
Plasmide R (facteur de résistance infectieuse)
composition
Facteur de transfert de résistance (RTF)
Caractéristiques
Fonctionnellement similaire au plasmide F
codage des pili
Déterminer la réplication, la conjugaison et le transfert du plasmide
déterminant de la résistance (r-det)
Caractéristiques
Peut être plusieurs gènes de résistance
Fonction
déterminer la résistance bactérienne
Caractéristiques
RTF et r-det peuvent être intégrés ensemble ou exister séparément
Fonction de transmission de gènes résistants aux médicaments sans conjugaison lorsqu'ils sont présents seuls
transduction
définition
Médié par le phage (utilisant le phage comme support), le fragment d'ADN de la bactérie donneuse est transféré dans la bactérie receveuse. Après recombinaison, la bactérie receveuse acquiert certains des traits génétiques de la bactérie donneuse.
Classification
transduction universelle
Type de phage (tous disponibles)
bactériophage virulent
bactériophage tempéré
Conditions d'occurrence
Erreurs d'assemblage lors de l'assemblage de la maturation des phages
période d'apparition
phase lytique
mécanisme
Deux résultats
transduction complète
Le fragment d'ADN de la bactérie donneuse est intégré dans le chromosome de la bactérie receveuse par recombinaison homologue et est hérité de manière stable à mesure que le chromosome se réplique.
transduction d'avortement
L'ADN de la bactérie donneuse est libre dans le cytoplasme et ne peut pas se répliquer ni être transmis.
Caractéristiques
Se produit souvent entre bactéries de la même espèce
En raison de la spécificité d'hôte des phages
Exemple
Principaux modes de transmission de la résistance chez Staphylococcus aureus
transduction localisée
Type de phage
bactériophage tempéré
Conditions d'occurrence
Le prophage est dévié lorsqu'il se détache du chromosome bactérien de l'hôte (ou enlève une partie de l'ADN bactérien de l'hôte)
période d'apparition
Lysogénie
mécanisme
Caractéristiques
Se produit uniquement entre bactéries de la même espèce
En raison de la spécificité d'hôte des phages
Les gènes transduits sont limités aux gènes bactériens donneurs des deux côtés du prophage.
Contraste : Transduction universelle
供体菌染色体DNA任何部位或质粒
La fréquence de transduction est supérieure à la transduction universelle
Il y a des conséquences d'une transduction avortée en raison de la transduction universelle
Les principales comparaisons et différences entre les deux
interrupteur lysogène
Une méthode de transduction localisée (?)
définition
Une fois que le phage tempéré a infecté la bactérie hôte, il s'intègre au génome bactérien sous la forme d'un prophage, transformant la bactérie hôte en bactérie lysogène, acquérant ainsi certains traits biologiques codés par le gène du phage.
Exemple
4. L’importance pratique de la variation génétique bactérienne en médecine
Application au diagnostic, au traitement et à la prévention des maladies
Application à la détermination des substances cancérigènes
Applications en épidémiologie
Application au génie génétique
1. Génome bactérien
Principaux composants du génome bactérien
chromosome bactérien
Caractéristiques
Pas de membrane nucléaire, nucléole, nucléoplasme amorphe
Haploïde, peut être circulaire ou linéaire
Les chromosomes de la plupart des bactéries (> 90 %) sont constitués d’ADN double brin (ADNdb) simple, circulaire, à double hélice.
ADNdb
环状双螺旋双链DNA
Un « taux d’utilisation » élevé
Les génomes bactériens contiennent moins de séquences non codantes
Environ 90 % des gènes codants
Le gène est contigu et n'a pas d'introns
Les gènes fonctionnellement liés forment souvent des opérons (opérons)
Les gènes structurels ont une seule copie, tandis que les gènes d'ARNr en ont plusieurs copies.
Répondre aux besoins des bactéries pour une croissance et une reproduction rapides
Contenu GC spécifique à l'espèce
Le contenu GC (pourcentage) des différents chromosomes bactériens est différent
Exemple
La teneur en GC de l'ADN exogène dans la partie médiane est nettement inférieure à celle de la séquence insérée des deux côtés (les deux ADN ont une spécificité d'espèce évidente)
Ilôt bactérien pathogène (PAI)
définition
Désigne la présence de fragments d'ADN exogènes dans le génome de bactéries pathogènes qui codent pour des facteurs liés à la virulence ou à la pathogénicité bactérienne (tels que des facteurs d'adhésion et des toxines, etc.)
Caractéristiques
flanqué de répétitions ou de séquences d'insertion
Contenu GC spécifique et biais d’utilisation des codons
un ou plusieurs
transfert horizontal
Relativement petit
Plasmide
définition
Molécules d'ADNdb circulaires extrachromosomiques
Caractéristiques
Avoir la capacité de se répliquer indépendamment et d’exister dans le cytoplasme
Il s'agit d'ADNdb circulaire fermé ou linéaire, libre ou intégré dans les chromosomes bactériens (?)
Transportent des gènes qui ne sont pas essentiels aux activités de la vie bactérienne
Conférer des caractéristiques biologiques spécifiques aux bactéries hôtes
Tels que la fertilité, la résistance aux médicaments, la pathogénicité et les changements métaboliques, etc.
Peut être perdu tout seul ou éliminé lors d'un traitement manuel
Peut être transféré par adhésion, transformation, etc.
Base de classification et classification
Peut-elle être transmise par les pili sexuels ?
plasmide conjugatif
Porter des gènes impliqués dans la transmission conjugative
Grand poids moléculaire
Exemple
Plasmide F
Plasmide R
plasmide non conjugatif
Ne peut pas être transmis via l'épissure
Petit poids moléculaire
Numéro de copie dans la bactérie hôte (numéro de copie du plasmide : le nombre de plasmides identiques contenus dans chaque bactérie)
plasmide strict
Réplication et synchronisation des chromosomes
Faible nombre d'exemplaires, seulement quelques-uns
Un poids moléculaire plus élevé
plasmide détendu
La réplication n'est pas synchronisée avec les chromosomes
Nombre de copies élevé
Petit poids moléculaire
Compatibilité plasmidique
incompatibilité
相关的质粒不能稳定地共存于同一宿主菌的现象
Plasmide compatible
Plasmides incompatibles
Traits biologiques codés par des gènes plasmidiques
Plasmide F ou plasmide de fertilité (plasmide de fertilité)
codage des pili
Médie le transfert conjugatif de plasmides entre bactéries
plasmide de résistance aux médicaments
Ses produits codés sont liés à la résistance à une variété de médicaments antibactériens et de métaux lourds
Classification
Plasmide R (plasmide de résistance conjugative)
Le transfert de gènes peut se produire par conjugaison
Caractéristiques
Plus fréquent en G-
Plasmide r (plasmide de résistance non conjugative)
Plasmides non transmissibles par conjugaison bactérienne
Peut être transmis entre bactéries par transduction phagique et d’autres méthodes
Plasmide de virulence
Code les facteurs de virulence associés à la pathogénicité bactérienne
bactériocines
Peut coder diverses bactériocines
Exemple
Plasmide Col
Colicine codant pour Escherichia coli
plasmide métabolique
Codage d'enzymes liées au métabolisme
Plasmide modifié artificiellement
transporteur
Génome du phage intégré dans le chromosome
informations connexes
Types d'infection par les phages
cycle lytique
objet
bactériophage virulent
Caractéristiques
L'ADN ne s'intègre pas dans le chromosome hôte
cycle de lysogénie
objet
bactériophage tempéré
Caractéristiques
ADN intégré dans le chromosome de l'hôte
Devenez prophage
Les prophages peuvent se détacher des chromosomes de l'hôte
Il peut également faciliter le transfert horizontal de gènes bactériens et participer à l’héritage et à la mutation bactériens.
Principales structures spécialisées (éléments mobiles) dans les génomes bactériens
connaissances de base
Transposition
définition
Comment les éléments génétiques mobiles se déplacent
Classification
transposition préservée
Caractéristiques
L'élément transposable est découpé du site d'origine par la transposase codée et inséré dans d'autres sites.
translocation réplicative
Caractéristiques
L'élément transposable réalise une nouvelle copie et l'insère dans le nouveau site cible, tandis que la copie originale reste en place.
Caractéristiques
avec hasard
Éléments transposables (également appelés : gènes sauteurs)
définition
Il s'agit d'un type de séquence d'ADN unique qui peut changer de position dans le génome de bactéries ou d'autres organismes (chromosomes, plasmides et génomes de phages) sans recourir à une recombinaison homologue.
Ne dépend pas de la recombinaison homologue
转座元件的插入位点无需存在同源的核苷酸序列
importance
Conduire à une instabilité génétique et à un taux de mutation élevé
Éléments transposables (également appelés : gènes sauteurs)
Séquence d'insertion (IS)
structure basique
les deux extrémités
milieu
Caractéristiques
L'élément transposable le plus simple
Ne porte aucun gène sans rapport avec la fonction de translocation
Il y a des répétitions inversées (IR) aux deux extrémités.
est le site de reconnaissance de la recombinase
La séquence intermédiaire code pour la transposase et les protéines régulatrices liées à la transcription
transposase
催化转座元件的整合或解离
Caractéristiques communes du SI
IS peut exister indépendamment ou faire partie d'un transposon
Qu'est-ce qu'une séquence répétée inversée ?
Transposon (Tn)
structure basique
Gène fonctionnel IS-IS
Tout de suite
se termine des deux côtés
EST
zone médiane
gènes fonctionnels
Tels que : les gènes de résistance aux médicaments, les gènes de virulence, etc.
Caractéristiques
Plus grand et plus complexe que IS
Classification selon les caractéristiques structurelles
transposon composé
structure basique
milieu
gènes de résistance aux antibiotiques
les deux extrémités
Chacun possède 1 SI identique
Transposon de la famille Tn3
structure basique
milieu
Gènes liés à la fonction de transfert de Tn
gènes liés à la résistance aux médicaments
les deux extrémités
Pas d'IS aux deux extrémités
Mais contient 20 à 40 répétitions terminales directes ou inversées
Transposon zygatif
Ni répétitions inversées terminales, ni répétitions directes
intégron (In)
unité de base
3 éléments fonctionnels
gène de l'intégrase (Intl)
Intégration et excision de cassettes génétiques catalytiques
promoteur promoteur
att de site de recombinaison spécifique
position
chromosome
Plasmide
transposon
Caractéristiques
Capacité à capturer et intégrer des gènes exogènes
Améliorer l’adaptabilité bactérienne
structure basique
se termine des deux côtés
zone conservatrice
milieu
région variable
Contient une ou plusieurs cassettes génétiques
cassette de gènes
组成
一个结构基因（多为耐药基因）
57-141个碱基对组成
无启动子
connaissances de base
Plusieurs notions de base
hérédité
variation
génome bactérien
Désigne toutes les informations génétiques des cellules bactériennes
Y compris les chromosomes et/ou l'ADN exogène (plasmides, partie ou totalité du génome du phage), et les éléments mobiles
chromosome
ADN exogène
Plasmide
une partie ou la totalité du génome du phage
éléments mobiles
Phénotype
Somme des caractéristiques morphologiques et physiologiques présentées par les bactéries lors de leur croissance dans un environnement extérieur spécifique.
Les bactéries ayant le même génotype peuvent présenter des caractéristiques différentes dans différentes conditions
Mutation bactérienne
Variation génétique (variation génotypique)
Amplitude des variations
cellules individuelles
Caractéristiques
Peut être transmis de manière stable à la progéniture
Variation phénotypique
Amplitude des variations
Groupe (la plupart des individus dans le même environnement)
Caractéristiques
Les modifications sont réversibles et ne peuvent pas être héritées
Classification
Variation morphologique et structurelle
Variation capsulaire
mutation des spores
variation flagellaire
Variation des colonies
Variation SR
Colonie lisse (S)
Colonie rugueuse (R)
raison
Perte de polysaccharides, de capsules, etc. spécifiques du LPS.
Mutation de type L
Variation de virulence
La virulence disparaît, s'affaiblit ou augmente
variantes de résistance aux médicaments
Antigénicité, immunité et autres variations