Episomes, plasmides, séquences d’insertion et transposons

Les épisomes, les plasmides , les séquences d’insertion et les transposons sont des éléments d’ADN (acide désoxyribonucléique ) qui peuvent exister indépendamment de l’ADN principal, ou génomique.

Un épisome est un élément génétique non essentiel. En plus de son existence indépendante, un épisome peut également exister en tant que partie intégrée du génome de l’hôte des bactéries . Il trouve son origine en dehors de l’hôte, dans un virus ou une autre bactérie. Lorsqu’il est intégré, une nouvelle copie de l’épisome est fabriquée lorsque le chromosome de l’hôte subit une réplication. En tant qu’unité autonome, le matériel génétique de l’épisome viral détruit la cellule hôte car il utilise la machinerie de réplication cellulaire pour fabriquer de nouvelles copies de lui-même. Mais, lorsqu’il est intégré au chromosome bactérien, il se multiplie lors de la division cellulaire et est transféré aux cellules filles. Le facteur F est un autre type d’épisome. Le facteur F est le plus étudié des groupes d’incompatibilité qui ont la propriété de conjugaison (transfert de matériel génétique d’une cellule bactérienne à une autre). Le facteur F peut exister sous trois états. F+ est l’état autonome, extrachromosomique. Hfr (ou recombinaison à haute fréquence) désigne un facteur qui s’est intégré dans le chromosome hôte. Enfin, l’état F, ou F prime, désigne le facteur lorsqu’il existe en dehors du chromosome, mais avec une section d’ADN chromosomique qui lui est attachée. Un épisome se distingue des autres morceaux d’ADN extrachromosomique, tels que les plasmides, sur la base de leur taille. Les épisomes sont de grande taille, avec un poids moléculaire d’au moins 62 kilobases.

Contrairement aux épisomes, un plasmide existe uniquement en tant que morceau d’ADN indépendant. Il n’est pas capable de s’intégrer à l’ADN chromosomique ; il porte toutes les informations nécessaires à sa propre réplication. Afin de se maintenir, un plasmide doit se diviser au même rythme que la bactérie hôte. Un plasmide est généralement plus petit qu’un épisome, et existe sous la forme d’un morceau circulaire fermé d’ADN double brin. Un plasmide peut être facilement distingué de l’ADN chromosomique par les techniques d’électrophorèse sur gel ou de centrifugation en gradient de densité avec du chlorure de césium. En plus des informations nécessaires à leur réplication, les plasmides peuvent porter pratiquement n’importe quel autre gène. Bien qu’ils ne soient pas nécessaires à la survie de la bactérie, les plasmides peuvent conférer un avantage sélectif à la bactérie hôte. Par exemple, certains plasmides portent des gènes codant pour la résistance à certains antibiotiques. De tels plasmides sont appelés facteurs de résistance ou facteurs R. D’autres caractéristiques portées par des plasmides comprennent la dégradation de macromolécules complexes, la production de bactériocines (molécules qui inhibent la croissance bactérienne ou tuent les bactéries), la résistance à divers métaux lourds ou des facteurs pathogènes nécessaires à l’infection d’hôtes animaux ou végétaux. Ces caractéristiques peuvent ensuite être transmises à d’autres bactéries, car certains plasmides (mais pas tous) ont également la capacité de favoriser le transfert de leur matériel génétique, dans un processus appelé conjugaison. La conjugaison est un événement à sens unique : l’ADN est transféré d’une bactérie (le donneur) à une autre bactérie (le receveur). Tous les plasmides appartiennent à l’un des 30 groupes d’incompatibilité ou plus. Ces groupes déterminent quels plasmides peuvent coexister dans une cellule bactérienne et contribuent à assurer le maintien du nombre optimal de copies de chaque plasmide.

Les plasmides ont été exploités dans la recherche en biologie moléculaire. L’incorporation de gènes dans des plasmides, qui maintiennent un grand nombre de copies dans une cellule (ce qu’on appelle des plasmides multicopies), permet d’exprimer des niveaux plus élevés du produit du gène. Ces plasmides sont également une bonne source d’ADN pour le clonage.

Les transposons et les séquences d’insertion sont connus comme des éléments génétiques mobiles. Bien qu’ils puissent également exister en dehors du chromosome, ils préfèrent et sont conçus pour s’intégrer dans le chromosome suite à leur déplacement d’une cellule à une autre. Ils intéressent les chercheurs pour les connaissances qu’ils apportent en biologie moléculaire de base et en évolution, ainsi que pour leur utilisation comme outils génétiques de base. Les transposons contiennent des gènes sans rapport avec la transposition du matériel génétique d’une cellule à l’autre. Par exemple, les transposons de classe 1 codent pour des gènes de résistance aux médicaments. En revanche, les séquences d’insertion ne codent que les fonctions impliquées dans leur insertion dans l’ADN chromosomique. Les transposons et les séquences d’insertion peuvent tous deux induire des modifications de l’ADN chromosomique lors de leur sortie et de leur insertion, et peuvent ainsi générer des mutations .

Voir aussi Bactéries ; ADN (acide désoxyribonucléique) ; Électrophorèse ; Génétique microbienne

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