Transformation bactérienne

Définition de la transformation des bactéries

La transformation bactérienne peut se produire dans la nature ou en modifiant génétiquement des bactéries en laboratoire.

Figure 1 : Exemple de modification génétique. Daniela Lin, StudySmarter Originals.

La figure 1 montre un exemple de ce que peut faire la modification génétique. Tu te demandes peut-être d'où vient la copie du gène de résistance aux insectes. Eh bien, nous l'obtenons des bactéries ! Nous y reviendrons plus en détail plus loin dans cet article (sous la rubrique applications bactériennes). Comprends simplement que la transformation bactérienne peut impliquer une modification génétique de notre part.

Bien qu'il existe de nombreuses techniques de modification génétique, elles impliquent généralement la suppression, l'ajout ou l'activation/désactivation de fonctions génétiques spécifiques afin d'obtenir les caractéristiques souhaitées chez un organisme.

Étapes de la transformation bactérienne

Comme expliqué ci-dessus, la transformation est le changement génétique d'une bactérie par l'absorption d'ADN étranger provenant de l'environnement. La transformation peut se produire dans la nature, mais elle est rare et limitée à certaines bactéries.

En plus d'avoir de l'ADN chromosomique, les bactéries peuvent aussi avoir des plasmides. Les plasmides sont de minuscules morceaux d'ADN circulaires qui peuvent être copiés et transférés d'une bactérie à l'autre. Les plasmides peuvent également être présents naturellement dans les bactéries. Les plasmides sont le moyen le plus courant utilisé par les scientifiques pour modifier génétiquement les bactéries, car ils contiennent des séquences d'ADN qui peuvent être modifiées en laboratoire.

Figure 2 : Comment la transformation bactérienne peut se produire. Daniela Lin, StudySmarter Originals.

La figure 2 montre que lorsque des bactéries compétentes absorbent de l'ADN étranger provenant de leur environnement ou d'autres bactéries, l'ADN étranger peut être soit 1) incorporé dans le génome ou l'ADN chromosomique, soit 2) incorporé dans un plasmide. Dans la nature, les bactéries peuvent transférer de l'ADN à l'aide de pili ou d'un appendice ressemblant à un cheveu ; ce processus est appelé conjugaison bactérienne.

Les étapes typiques de la transformation des bactéries en laboratoire sont les suivantes :

1. Les colonies de bactéries souhaitées sont mélangées avec des plasmides. Ces plasmides ont été génétiquement modifiés pour servir de vecteurs.

• Les vecteurs sont des éléments utilisés pour transporter des segments d'ADN dans une autre cellule bactérienne (un hôte) dans le cadre du clonage ou de la création d'ADN recombinant.
• Nous modifions un plasmide en le coupant à l'aide d'enzymes de restriction et en y insérant le gène désiré. Une fois que c'est fait, nous devons réunir la séquence d'ADN brisée à l'aide d'une ligase d'ADN.

2. Nous soumettons les bactéries à un choc thermique ou à une électroporation pour qu'elles absorbent le plasmide. Le choc thermique ou l'électroporation fonctionnent parce qu'ils rendent tous deux la membrane plus perméable aux plasmides en ouvrant les pores. (1)

3. Nous sélectionnons les bactéries qui contiennent des plasmides en les plaçant sur des plaques d'antibiotiques.

• Les bactéries qui contiennent des plasmides dépensent plus d'énergie que les bactéries qui n'en contiennent pas. Cela signifie que les bactéries qui n'ont pas de plasmides se développeront plus rapidement que celles qui en ont. Cela signifie que nous devons donner aux bactéries avec plasmide des avantages pour qu'elles veuillent garder leur plasmide, et nous le faisons en leur donnant tous les gènes de résistance aux antibiotiques.
• En plaçant toutes les bactéries des étapes 1 et 2 dans des plaques d'antibiotiques, nous ne sélectionnons que les bactéries qui contiennent un plasmide, car toutes les autres meurent.
• Chaque bactérie dotée d'un plasmide se multiplie en colonies.

4. Nous devons vérifier les colonies pour identifier celles qui ont les plasmides parfaits. Une fois que nous l'avons fait, nous pouvons cultiver cette colonie et l'utiliser pour la production de protéines ou de plasmides.

• La raison pour laquelle nous devons vérifier que les plasmides sont parfaits est que parfois, lorsque nous créons des plasmides, il peut arriver que le plasmide ne prenne pas le gène souhaité, que le gène soit mal inséré ou qu'il soit inséré à l'envers, etc.

Toutes les étapes 1 à 4 sont illustrées dans la figure 3 ci-dessous à titre de référence.

Figure 3 : Illustration de la transformation de bactéries en laboratoire. Daniela Lin, StudySmarter Originals

Schéma de la transformation bactérienne

Jusqu'à présent, nous avons parlé de la transformation bactérienne et de son lien avec la modification génétique. Nous avons également vu comment la transformation des bactéries se produit 1) naturellement et 2) en laboratoire. Pour mieux comprendre ce concept, nous allons maintenant étudier un diagramme qui montre comment la transformation des bactéries a été découverte pour la première fois.

Frederick Griffith a découvert que les bactéries pouvaient se transformer. Il a été le premier à démontrer que l'ADN pouvait être transféré horizontalement entre des organismes de la même génération plutôt que verticalement (des parents à la progéniture). (2)

Il a effectué les expériences suivantes, qui sont présentées dans la figure 4 :

1. Il a constaté que lorsqu'il injectait à des souris une souche vivante S, elles mouraient car la souche était virulente (expérience 1).
2. Il a constaté qu'elles vivaient lorsqu'il injectait à des souris une souche vivante R puisque la souche n'était pas virulente (groupe témoin).
3. Il a constaté que les souris survivaient lorsqu'il leur injectait une souche R vivante ou une souche S tuée par la chaleur.
4. Le problème est le suivant :

• Les souris sont mortes lorsqu'il leur a injecté un mélange de la souche vivante R et d'une souche S tuée par la chaleur. Curieux, il a isolé les bactéries vivantes de ces souris mortes et a constaté qu'il n'y avait que la souche S de bactéries ! Il a injecté cette souche S isolée à des souris vivantes pour confirmer qu'elles étaient bien mortes ! Cette expérience est illustrée à la figure 4 comme les expériences 2 et 3.

Figure 4 : Illustration des expériences de transformation de Griffith. Daniela Lin, StudySmarter Originals.

Conclusion :

Griffith a conclu que quelque chose avait été transféré de la souche S tuée par la chaleur à la souche vivante R. C'est ce qu'on appelle aujourd'hui le principe de transformation de Griffith ou la transformation bactérienne.

Objectif de la transformation bactérienne

Le but de la transformation bactérienne dans la nature est de fournir une diversité génétique aux cellules bactériennes, ce qui leur permet de mieux s'adapter à un environnement changeant. Les bactéries ne se reproduisent pas sexuellement, elles se reproduisent asexuellement par fission binaire.

Applications de la transformation bactérienne

Après avoir compris l'objectif de la transformation des bactéries, nous pouvons maintenant examiner en détail certaines des applications mentionnées ci-dessus.

Clonage de l'ADN

• Le clonage de l'ADN est utilisé pour créer de nombreuses copies d'un gène ou de fragments d'ADN qui intéressent les chercheurs.
• Les scientifiques utilisent généralement le clonage de l'ADN pour synthétiser des versions recombinantes de l'ADN afin de les comparer aux gènes normaux d'un organisme pour comprendre leur fonctionnement initial. C'est ce qu'on appelle l'analyse génétique.
• Nous pouvons également utiliser les bactéries transformées pour fabriquer plusieurs plasmides et protéines afin de réaliser des expériences de thérapie génique. Par exemple, Synlogic, une société de biotechnologie, a créé "une bactérie de conception" appelée SYNB1618 pour tenter de guérir la PCU ou phénylcétonurie, une maladie rare qui provoque l'accumulation de phénylalanine. (3)

OGM

• Les OGM sont des organismes génétiquement modifiés, et nous les ajoutons généralement aux aliments pour lutter contre les parasites, prévenir les pertes de récoltes et prolonger la durée de conservation, ce qui permet d'en réduire le coût.
• Pour produire un organisme génétiquement modifié, les scientifiques doivent identifier un gène spécifique qui produit la caractéristique ou la fonction souhaitée dans un organisme, comme la résistance aux insectes dans la figure 1.
• Une fois qu'ils l'ont fait, tu peux isoler cette séquence d'ADN et en faire de nombreuses copies par clonage d'ADN dans une bactérie (notre cellule hôte). Enfin, tu la transfères à un autre organisme ou, dans cet exemple, à une autre pomme. Si le protocole est fait correctement, on obtiendra un fruit résistant aux insectes.
• Tout comme le clonage ADN, les OGM font également l'objet d'une réglementation et de contrôles stricts pour s'assurer qu'ils ne sont pas toxiques ou nocifs pour notre santé.