La conjugaison est un processus
de transfert unidirectionnel d'ADN d'une
bactérie donatrice à une bactérie réceptrice,
par un mécanisme requérant un contact
spécifique.
Le matériel génétique peut être
transmis d’une bactérie à l'autre sans
apparaître dans le milieu extérieur (transfert
possible même en présence de DNAse dans
le milieu).
Plasmides et transposons :
Il existe deux
classes de véhicules du matériel génétique :
les plasmides et les trans-posons.
1) Les plasmides sont des éléments
génétiques capables de autoréplication et
exprimant des fonctions de transfert
(plasmides autotransférables).
Certains
plasmides dits "mobilisables" sont capables
de transfert conjugatif dans la bactérie
donatrice : dépourvus de gènes tra mais ils
possèdent la séquence oriT, et utilisent
d'autres plasmides qui leur permettent de
transférer leur matériel génétique.
2) Les transposons s'intègrent sur le
chromosome ou sur des plasmides pour se
répliquer et n'expriment que des fonctions
de transfert.
On observe souvent une
synergie entre ces véhicules, en particulier
des transposons portés par des plasmides.
Fonctions de transfert :
De façon générale,
le transfert et l'expression des fonctions de
transfert sont très finement régulées,
vraisemblablement pour limiter la charge
biosynthétique liée à ce processus.
Les
gènes responsables de cet transfert sont
relativement nombreux (>30 pour le
plasmide F de E. coli).
Les plasmides conjugatifs sont plus grands que les
plasmides non conjugatifs (en général > 40
kb contre 5 kb).
La conjugaison a été décrite
chez les bactéries à Gram négatif et les
bactéries à Gram positifs.
Selon les espèces
bactériennes, il existe de nombreux
mécanismes moléculaires différents
permettant ce transfert horizontal de matériel
génétique.
Le transfert du plasmide F.
Le plasmide F est
un ADN circulaire bicaténaire qui se réplique
chez E. coli et Salmonella typhimurium.
Les
principales étapes de la conjugaison peuvent
être ainsi résumées en prenant comme
exemple le modèle du plasmide F de E coli.
Le transfert du plasmide F requiert :
1) la
région tra (environ 33 kb) code pour une
trentaine de gènes impliqués dans la
machinerie du processus de conjugaison ;
2) la séquence oriT est une courte
séquence spécifique appelée origine de
transfert : c’est à ce niveau qu’un brin d’ADN
est coupé avant d’être transféré.
La bactérie
donatrice conserve une copie du plasmide
transféré.
Il est habituellement extrachromosomique dans des bactéries
mâles dites F+, parfois en situation
intrachromosomique dans des bactéries
dites Hfr. Les bactéries F+ transfèrent
seulement le facteur F sansq autre matériel
chromosomique, toutes les bactéries
réceptrices devenant F+.
Les bactéries Hfr
transfèrent le l'ADN chromosomique
séquentiellement , le facteur F étant
transféré en dernier.
Le transfert spécifique d’un brin du plasmide
se fait par une coupure à la séquence oriT.
Le brin est alors transféré selon une polarité
5’ vers 3’ au travers du pore conjugatif formé
par juxtaposition des membranes des
bactéries donatrice et réceptrice.
L’extrémité
5’ du brin transféré reste attachée à la
membrane cellulaire.
L’ADN hélicase I est
liée à la membrane à proximité du pore
conjugatif et sa migration le long du brin
transféré fournit la force nécessaire à l’entrée
de l’ADN dans la réceptrice. Les brins
complémentaires sont synthétisés dans la
donatrice et la réceptrice par l’ADN
polymérase III, respectivement de façon
continue et discontinue.
Les plasmides conjugatifs
:
Ce
sont :
1) les plasmides IncP (RP4, RK2, etc) des
bacilles et coques Gram-négatif (Tra+,
Rep+), des bacilles et coques Gram-positif
bas GC% (Tra+, Rep-), et de Sacharomyces
cerevisiae (Tra+, Rep-).
2) le plasmide IncQ (RSF1010) des bacilles
et coques Gram-négatif (Mob+, Rep-+) et
des bacilles Gram-positif bas GC% (Mob+,
Rep+).
3) le plasmide Ti des plantes (Tra+, Int+)
4) les plasmides répondeurs aux sexph
éromones : ces plasmides (taille > 50 kb)
décrits chez Enterococcus faecalis sont
conjugatifs transférés en milieu liquide à très
haute fréquence (10-2/3). Le mélange de
conjugaison (donatrice + réceptrice) entraîne
la formation d'agrégats cellulaires (clumps).
Ces agrégats sont le résultat d'interactions
physiques dus à deux substances présentes
à la surface des bactéries.
La synthèse de
l'une de ces substances, la substance
agrégative, est codée par un déterminant plasmidique et induite par une sexpheromone
spécifique.
De nombreux
plasmides sex-pheromones dépendants ont
été décrits, le plus connu d'entre eux est le
plasmide pAD1 qui a 4 propriétés distinctes :
une fonction de réplication ; une activité
cytolytique ; une résistance aux UV ; un
système conjugatif particulier ; des gènes de
résistance aux antibiotiques.
Les transposons conjugatifs
:
Ce sont :
1) le transposon Em-Tc DOT- à spectre
d'hôte étroit ( Bacteroides fragilis- ) conférant
la résistance à la tétracycline (tetQ).
Le
transfert est induit par la tétracycline (X 104).
2) le transposon Tn916 à large spectre
d'hôte retrouvé chez les bacilles et coques
Gram positif, E. coli P. fluorescens.
Ce
transposon confère la résistance à la
tétracycline (tetM)
et son transfert est induit par la tétracycline,
in vitro et in vivo (X 102).
Il existe de variants
contenant des marqueurs additionnels de
résistance (ermB, aphA-3)
Conséquences de la conjugaison
:
Les conséquences de la conjugaison sont la
dissémination horizontale de l’information
génétique qui s'apparente à un processus
infectieux.
Le transfert est très efficace entre
bactéries de la même espèce, mais peut
aussi survenir avec une efficacité moindre
entre bactéries d’espèces différentes, voire
de genre différents permettant la
dissémination de plasmides au sein de
différentes espèces de la flore fécale, par
exemple.