Comment marche le transfert horizontal chez les bactéries

Le transfert horizontal de gènes est un processus dans lequel un organisme intégre du matériel génètique provenant d’un autre organisme sans en être le descendant. Chez les bactéries, le transfert horizontal joue un rôle majeur dans leur diversification. Ce processus est considéré comme un des facteurs principaux de l’augmentation de la résistance des bactéries aux antibiotiques ainsi que la propagation des gènes de virulence.

Histoire:

Michael Syvanen était parmi les premiers biologistes occidentaux pour explorer la signification potentielle du transfert transversal de gène. Syvanen a édité une série de publications sur le transfert horizontal de gène commençant en 1984, prévoyant que le transfert transversal de gène est un processus qui a formé l’histoire évolutionnaire dès le début de la vie sur terre.

 

Mécanismes  de transfert horizontal:

3 mécanismes en découlent:

La conjugaison bactérienne:

elle consiste en une transmission de plasmides de conjugaison d’une bactérie donneuse à une bactérie receveuse . La bactérie donneuse posséde le plasmide facteur F, codant pour 24 gènes dont les protéines pilines constitutives des pili. Le facteur F est un épisome, car il peut s’intégrer dans le génome bactérien (souches Hfr).

Lors de la conjugaison, la bactérie  donneuse (F+) ou Hfr va synthétiser des pili, qui vont lui permettre de s’arrimer à une bactérie receveuse ( F-).

Le plasmide F va ensuite étre répliqué sous forme de simple brin, et la copie transférée vers la bactérie F- « reçeveuse ». Comment a lieu ce transfert ? Longtemps considéré comme un canal de transfert, le pili serait maintenant vu comme une premiére étape d’arrimage, avant que les deux bactéries ne se rapprochent et que le transfert s’effectue par accolement des membranes.

Lorsque l’épisome est inclu dans le génôme (souches Hfr), une partie du génôme bactérien est copié et transféré à la bactérie reçeveuse. Théoriquement, une copie totale du génôme devrait étre ainsi transférée. Mais ceci reste théorique, car la conjugaison n’est pas maintenue assez longtemps pour celà. Les gènes ont une probabilité de copie et de transfert plus forte s’ils sont situés à proximité de l’épisome.

L’ADN simple brin transféré est ensuite transformé en double brin. Un double crossing-over permet d’intégrer les exogénes homologues dans le génôme de la bactérie reçeveuse. L’ADN exogéne linéaire après cet épisode ne peut se maintenir dans la bactérie, et finira par étre dégradée.

La bactérie reçeveuse est devenue recombinante et a intégré des exogénes dans son génôme ou dans le plasmide F

Les gènes codés par les plasmides de conjugaison confèrent diverses propriétés biologiques aux bactéries : résistance aux antibiotiques, résistance aux antiseptiques, résistance aux métaux lourds, résistance aux bactériophages, acquisition de facteurs de pathogénicité, acquisition de nouvelles propriétés métaboliques, synthèse de bactériocines etc.
Les plasmides de conjugaison (et les gènes portés par ces plasmides) peuvent se transmettre entre bactéries d’une même espèce, mais aussi entre bactéries d’espèces différentes.

Intérêt:

La conjugaison a permis d’étudier le groupe de liaison entre les gènes (linkage) et de dresser la carte génétique des bactéries.

La transduction est un mécanisme lié aux bactériophages (virus spécifiques des bactéries):

en effet, ces virus sont capables d’injecter leur génôme dans la bactérie pour qu’elle le réplique et le traduise. Selon les bactériophages, la transduction est un phénomène généralisé (n’importe quel gène est susceptible d’être transféré à une bactérie réceptrice) ou localisée (le transfert ne concerne que quelques gènes dont la nature est variable selon le bactériophage). Elle produit alors des particules virales, les copies du génôme sont encapsidées et la bactérie est lysée, laissant s’échapper les particules virales. On parle alors de cycle lytique.

Mais le phage peut être tempéré, et suivre un cycle lysogénique. Dans ce cas l’ADN virale est injectée dans la bactérie et s’insére dans le génôme bactérien. Puis, suivant les conditions, l’ADN sera extrudé du génôme et engagera un cycle lytique.

Lors de la lyse cellulaire, l’ADN génomique est morcellée, et il arrive que des fragments d’ADN soient encapsidés dans des capsides virales. On obtient alors un phage recombinant, qui, s’il infecte une nouvelle bactérie, ne créra pas de cycle viral, mais permettra une recombinaison homologue par exemple. Des génes peuvent ainsi être transférés de bactéries à bactéries via des phages communs.

La transformation est un évènement assez mal expliqué. Il arrive que les bactéries incorporent de l’ADN et effectuent un événement de recombinaison. Dans d’autres cas, comme lors des applications biotechnologiques, on force la bactérie à incorporer un ADN plasmidique par électroporation. Les bactéries ainsi transformées pourront exprimer les gènes présents sur le plasmide.