Les procaryotes sont l'un des deux types de cellules sur Terre. L'autre est les eucaryotes. Procaryotes sont les plus petites des deux, dépourvues d'organites liées à la membrane et d'un noyau défini. Les procaryotes, qui sont des bactéries et des archées, sont pour la plupart des organismes unicellulaires.
Les eucaryotes se reproduisent sexuellement. contrairement à eucaryotes, les procaryotes se reproduisent de manière asexuée, se copiant dans un processus appelé fission binaire. Un inconvénient à reproduction asexuée est l'absence de variance génétique d'une génération à l'autre.
La reproduction sexuée augmente la variance génétique, ce qui protège l'espèce contre les changements environnementaux tels que les fluctuations dans les ressources ou les populations de prédateurs, ainsi que d'autres facteurs tels qu'une mutation aléatoire qui a le potentiel d'effacer la plupart des population. S'il y a la diversité dans le pool génétique, l'espèce est plus robuste et peut résister à de nombreuses épreuves imprévues.
Les procaryotes n'ont pas l'avantage de la reproduction sexuée, mais ils ont toujours la capacité d'augmenter la diversité génétique grâce à plusieurs types de transfert de gènes. L'un des moyens les plus importants par lesquels les procaryotes (en particulier les bactéries) s'engagent dans le transfert de gènes s'appelle la transduction et repose sur l'aide de virus.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Les procaryotes sont pour la plupart des organismes unicellulaires. Ils se reproduisent de manière asexuée par un processus appelé fission binaire. Il existe trois types de transfert de gènes chez les procaryotes qui augmentent leur diversité génétique. Ce sont la transformation, la conjugaison et la transduction.
La transduction est importante en raison de ses implications pour la recherche scientifique et la résistance bactérienne aux antibiotiques. La transduction se produit lorsqu'un virus utilise une cellule bactérienne pour se répliquer en la détournant.
Parfois, le virus emballe accidentellement une partie de l'ADN de la bactérie dans un phage (composant de la cellule virale) au lieu de son propre ADN. Si cela se produit, le phage ira vers une autre bactérie pour l'infecter, mais le phage n'injectera que l'ADN de la première bactérie dans la bactérie receveuse, où l'ADN sera incorporé.
Qu'est-ce que la transduction chez les procaryotes?
Le transfert de gènes parmi les archées et en particulier les bactéries est parfois appelé transfert de gènes « horizontal » ou « latéral ». Ceci est dû au fait matériel génétique ne se transmet pas des cellules bactériennes mères aux cellules descendantes, mais entre les cellules bactériennes de la même génération. L'information génétique se déplace horizontalement sur l'arbre généalogique, au lieu de verticalement.
La transduction a été découverte dans les années 1950 par les microbiologistes Norman Zinder et Joshua Lederberg alors qu'ils étudiaient les salmonelles. C'est l'un des types les plus importants de transferts de gènes, permettant à l'ADN bactérien de se déplacer entre les cellules.
Les virus qui infectent les bactéries, appelés bactériophages, rendent la transduction possible. Puisqu'ils se déplacent d'une cellule bactérienne à une autre en tant qu'agents infectieux, ils attrapent parfois par inadvertance des morceaux d'ADN bactérien d'une cellule hôte et le déposent dans la cellule suivante à laquelle ils se lient.
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Le processus de transduction bactérienne
Les virus ne peuvent pas se reproduire seuls. Au lieu de cela, ils doivent utiliser la biologie cellulaire reproductrice plus avancée de la bactérie pour faire des copies d'eux-mêmes. Pour ce faire, les bactériophages détournent les cellules hôtes.
Lorsqu'un bactériophage rencontre un cellule bactérienne, il se lie à la cellule et injecte l'ADN phagique à travers la membrane plasmique dans la cellule. Là, il prend le contrôle du comportement reproductif de la cellule. Au lieu de répliquer son propre matériel génétique, la bactérie commence à répliquer de nouveaux particules de phage – composants des cellules virales.
Les gènes bactériens sont dégradés par les phages au cours de ce processus. Ce qui reste de la bactérie est une machine de réplication pour le virus.
Le virus utilise la cellule bactérienne pour synthétiser l'échafaudage protéique dont il a besoin pour ses composants. Parfois, il emballe accidentellement de l'ADN bactérien parasite dans certains des phages avec l'ADN viral répliqué.
Une fois que tout est prêt, le virus lyse la cellule bactérienne. La cellule bactérienne éclate, libérant les phages pour se lier à et infecter d'autres cellules bactériennes. Une fois liés, certains des phages injecteront le matériel génétique bactérien qu'ils transportent à la place de l'ADN viral dans la nouvelle bactérie.
Parce que certains des phages ne transportent que des morceaux d'ADN bactérien, ils ne peuvent pas infecter ou lyser la nouvelle cellule réceptrice. Si l'ADN bactérien du donneur s'intègre dans le nouveau chromosome bactérien, la cellule exprimera les gènes comme s'ils avaient toujours été là.
Pourquoi la transduction est-elle importante ?
La transduction peut modifier rapidement la constitution génétique des populations bactériennes même si elles se reproduisent de manière asexuée. Ce type de transfert de gènes a le potentiel d'avoir des effets profonds sur les bactéries et les habitats qu'elles affectent.
Par exemple, de nombreuses souches de bactéries sont connues pour infecter et provoquer des maladies chez les humains et d'autres organismes. Les antibiotiques sont un traitement généralement efficace pour contrer les infections bactériennes potentiellement dangereuses, voire mortelles. Certaines souches bactériennes sont particulièrement difficiles à éradiquer, et nécessitent des antibiotiques très spécifiques.
Il est donc très préoccupant que les bactéries développent une résistance aux antibiotiques - sans l'utilisation d'antibiotiques, cela pourrait aboutir à des infections qui se propagent dans le corps sans contrôle.
La transduction joue un rôle dans la résistance aux antibiotiques. Certaines cellules bactériennes ont une résistance naturelle aux antibiotiques sur leurs membranes cellulaires, ce qui rend difficile la fixation de l'antibiotique à cet endroit. Cela pourrait être dû à un mutation aléatoire et n'affecterait pas l'efficacité globale de l'antibiotique.
Cependant, si un bactériophage infecte une cellule bactérienne résistante aux antibiotiques et transfère ensuite ce gène muté à d'autres cellules bactériennes par transduction, plus de cellules seront résistantes aux antibiotiques, et comme elles se reproduisent par fission binaire, le nombre de cellules bactériennes résistantes aux antibiotiques pourrait augmenter exponentiellement.
Utiliser la transduction en médecine
La transduction, cependant, a des implications positives pour les humains et d'autres formes de vie supérieures. La recherche scientifique s'est concentrée sur les techniques et les résultats de la transduction contrôlée avec de nombreuses applications potentielles.
Certains scientifiques s'intéressent à la création de nouveaux médicaments ou à une meilleure administration des médicaments. D'autres s'intéressent à la création de cellules génétiquement modifiées pour approfondir la compréhension scientifique de la génétique, ou pour de nouveaux domaines de traitements médicaux. Ils mènent même des expériences pour observer la transduction dans des cellules non bactériennes.
Autres formes de transfert d'ADN
La transduction n'est pas le seul type de transfert de gènes chez les procaryotes. Il existe deux types plus importants :
- Conjugaison
- Transformation
La conjugaison est similaire à la transduction en ce que l'ADN est déplacé directement d'une cellule bactérienne à une autre. Il existe cependant plusieurs différences importantes; plus particulièrement, la conjugaison ne repose pas sur un virus pour faciliter le transfert de gènes.
Les bactéries ont des gènes en dehors de la structure chromosomique bactérienne. Ces gènes sont appelés plasmides et sont généralement formés en anneaux constitués de doubles hélices. Pendant la conjugaison, un plasmide dans la cellule donneuse fait croître une projection qui sort du membrane plasma et joindre la cellule à une cellule réceptrice. Une fois joint, il transfère une copie de son nouvel ADN au destinataire avant qu'il ne se détache.
La transformation est une méthode de transfert de gènes découverte au milieu du 20e siècle; cette découverte a joué un rôle dans la découverte que l'ADN est l'information sur les traits hérités de toute vie sur Terre. Au cours de la transformation, les bactéries prélèvent l'ADN de l'environnement à l'extérieur de la cellule. S'il s'intègre dans leur bactérie chromosome, il devient une partie de leur matériel génétique permanent.
