Le phénomène de transformation
a été découvert en 1928 par
Griffith chez les pneumocoques.
Les
pneumocoques possèdent une capsule polyosidique, dont les propriétés
antigéniques varient selon les souches :
Il
existe une centaine de sérotypes capsulaires
(sérotypes 1,2,3...).
Les souches capsulées
donnent des colonies lisses, ou S ("smooth")
et sont virulentes très virulentes chez la
souris.
Les pneumocoques peuvent perdre
spontanément in vitro leur capsule et leurs
colonies prennent un aspect R ou rugueux et
deviennent avirulentes.
Griffith montre que
des bactéries R vivantes mélangées avec
des bactéries S tuées par la chaleur tuent la
souris et redonnent des colonies S.
Les
souris servent en quelque sorte à
sélectionner les rares transformants S très
virulents. En 1944, Avery, McCarthy et
MacLeod démontrent que le principe
transformant impliqué dans cette
transformation est de l’ADN: c’est l’ADN des
pneumocoques capsulés de sérotype 1 qui
fournit l’information génétique aux
pneumocoques vivants non capsulés obtenu
à partir d’une souche de sérotype 3.
La
transformation naturelle :
Seules certaines espèces bactériennes sont
aptes à acquérir naturellement de l’ADN
exogène: pneumocoques et certains
streptocoques, Neisseria, Bacillus subtilis et
Haemophilus influenzae.
Pour être transformable, les bactéries
doivent être en état de compétence,
processus dont les mécanismes sont
différents selon les espèces.
La
transformation naturelle est un mode de
transfert génétique essentiel chez le
pneumocoque (gènes codant pour les PBPs
conférant la résistance aux ß-lactamines) et
les Neisseria (notamment variation de la
piline permettant l'échappement au système
immunitaire).
Les principales étapes de la transformation
ont surtout été étudiées chez les bactéries à
gram positif, notamment Bacillus subtilis qui
est le modèle le plus étudié.
Pour être transformant, l’ADN doit être bicaténaire et d’un poids moléculaire
suffisant (> 5-10 MDa).
L’origine de l’ADN
n’a aucune importance : il peut provenir ou
non de la même espèce bactérienne ou
même d’un eucaryote et être de nature
chromosomique, plasmidique ou phagique.
Les différentes étapes de la transformation
sont la fixation de l’ADN à la bactérie en état
de compétence, puis la fragmentation de
l’ADN par des nucléases produisant des
molécules bicaténaire de taille convenable (5
à 20 MDa), enfin l'entrée de l’ADN en
quelques minutes, processus
s’accompagnant d’une dégradation de l’ADN bicaténaire en ADN mono-caténaire.
Ainsi,
l’ADN simple-brin est internalisé mais ne
peut subsister de façon autonome
(incapacité à se répliquer).
Il doit pour se
maintenir s'intégrer au chromosome
bactérien par recombinaison homologue
avec échange avec un gène homologue du
receveur.
Pour que ce remplacement allélique ait lieu, il faut de larges homologies
entre l’ADN exogène et endogène.
En
pratique, l’ADN provient de la même espèce
bactérienne ou d’une espèce bactérienne
proche.
Conséquences de la transformation
:
Le résultat de la transformation est le
transfert durable de matériel génétique
entraînant :
1) des mutations inactivant
certains gènes par insertion [création de
gènes mosaïques contenant des fragments
de gènes introduits dans les gènes du
receveurs, par exemple le gènes des PBPs
de S pneumoniae et N gonorrhoeae], ou par
délétion ;
2) un apport de nouveaux gènes
par remplacement(capsule de
pneumocoques...) ou une variation
antigénique chez le gonocoque
(recombinaisons à partir de pseudogènes...).
Transformation artificielle :
La transformation est utilisée pour manipuler
génétiquement les bactéries par introduction
d’ADN dans E.coli, par exemple.
La
transformation artificielle est différente de la
transformation naturelle.
On utilise souvent
des espèces bactériennes qui ne sont pas
naturellement transformables (E.coli).
On
peut introduire de l’ADN bicaténaire intact,
notamment des plasmides entiers dont
l’ADN peut se répliquer et s’exprimer de
façon stable dans les bactéries réceptrices
(intérêt pour les manipulations génétiques).
Différentes techniques sont utilisées,
reposant sur une désorganisation de la paroi
qui permet le passage de l’ADN : choc
thermique (changement brutal de
température de 0°C à >42°C), choc
électrique (électroporation).