La complexification des génomes

« Thème 1 - Génétique et évolution Partie 1.1 - Génétique et évolution Séquence 2 – La complexification des génomes : transferts horizontaux et endosymbiose La diversité des êtres vivants n’est pas uniquement due à la reproduction sexuée. Pb : Quels autres mécanismes contribuent à cette diversification et comment y participent-ils ? TP5 Les transferts horizontaux Lors de la reproduction sexuée, les gènes des parents sont transmis aux descendants, à chaque génération : on parle de transfert vertical de gènes.

Mais du matériel génétique peut également être transféré de manière « horizontale », entre individus de la même espèce ou d'espèces parfois très différentes. Pb : Quelles sont les preuves de ces transferts et comment se font-ils ? A) Des expériences historiques de transformation bactérienne - Les expériences 1 et 2 servent de témoins et montrent le caractère virulent des pneumocoques de souche S, qui se multiplient chez la souris et entraînent sa mort, alors que les pneumocoques R sont éliminés par la souris 2 qui survit. - L’expérience 3 montre l’innocuité des pneumocoques S tués par la chaleur. - Dans l’expérience 4, F.

Griffith injecte des pneumocoques R vivants et des S tués, tous deux inoffensifs séparément, d’après les expériences 2 et 3.

La souris meurt du fait de la présence de pneumocoques S vivants.

On peut donc en conclure que les bactéries R, seules vivantes au moment de l’injection, se sont transformées en bactéries S mortelles.

Une « information » est donc passée des S aux R qui leur a permis de fabriquer une capsule.

Cette information est héréditaire puisque la souris contient de nombreux pneumocoques de type S. La question qui se pose est de déterminer quelle est la nature de ce facteur transformant. - Dans l’expérience 5, les bactéries S tuées sont soumises à l’action d’une protéase, enzyme qui hydrolyse les protéines, avant d’être mélangées et injectées à des souris.

Le résultat obtenu est le même que dans l’expérience 4.

La substance « transformante » n’est donc pas de nature protéique. - En revanche, si l’enzyme utilisée est une ADN-ase, hydrolysant l’ADN (expérience 6), la transformation des bactéries R en S n’a pas lieu. C’est donc bien de l’ADN qui est récupéré par les bactéries R et responsable de leur transformation. On peut en déduire qu’il s’est produit un transfert d’ADN et donc de gènes des pneumocoques S aux pneumocoques R.

On parle de transfert horizontal pour le distinguer des transferts verticaux entre ascendants et descendants assurés par division cellulaire. D’après le document 2, ce transfert résulte d’une capture d’ADN issu des bactéries S (mortes) par les bactéries R vivantes et donc d’une transformation. B) Une expérience de transgénèse On constate que les colonies de levures sur le milieu URA- fluorescent sous UV. Cela signifie donc que ces levures ont incorporé le plasmide qui contient le gène de la GFP et que les cellules ont été capables de lire l’information de ce gène afin de produire de la GFP.

De plus, ces levures ont été capables de se développer sur un milieu ne possédant pas d’uracile car elles ont incorporé le gène codant pour l’uracile présent sur le plasmide. C’est l’universalité de l’ADN dans le monde vivant (structure et mode d’expression, code génétique) qui permet les échanges de gènes entre organismes non nécessairement apparentés. C) Les différents types de transferts horizontaux et applications biotechnologiques 1) Les différents types de transferts Le document est un document faisant la synthèse des modes d’acquisition de gènes par transferts horizontaux chez les bactéries : transformation, transfert viral (transduction), conjugaison.

(détailler processus) a) 1) 2) 3) 2) Applications biotechnologiques La production d’insuline (inspiré de la conjugaison) Donneur = Homme. Receveur = bactérie Escherichia coli ADN transféré = gène de l’insuline humaine. Le gène transféré contrôle la production de l’insuline humaine, une hormone dont le déficit provoque le diabète. Les bactéries modifiées fabriquent de l’insuline humaine : elles maîtrisent donc l’information génétique de l’Homme et l’utilisent comme la leur. Sous contrôle de l’Homme, les bactéries modifiées se divisent très rapidement et forment des clones formés d’innombrables bactéries capables de produire l’insuline (le gène est transmis aux descendants). b) Transfert de résistance aux antibiotiques chez les bactéries Docs 4 et 5 p 59 : Le document 4 montre une application des phénomènes de transformation chez les bactéries Acinetobacter baumanii.

Le texte précise que cette bactérie, capable de de lyser d’autres bactéries, présente des multirésistances. On peut faire l’hypothèse que les bactéries lysées libèrent leur ADN dans l’environnement local et que celui-ci peut être acquis par transferts horizontaux par Acinetobacter baumanii. Le document 5 permet de fournir un argument en faveur de cette hypothèse : il semble qu’Acinetobacter baumanii est capable d’acquérir la résistance à la kanamycine portée par E.

coli à la suite de 19 heures de co-culture.

Les expériences 1 et 2 représentent des témoins négatifs.

On constate également la baisse des effectifs d’E.

coli cohérente avec l’activité « prédatrice » d’Acinetobacter baumanii. c) La pagothérapie, une alternative à l’utilisation des antibiotiques ? Afin de limiter l’antibiorésistance, il faut limiter l’utilisation des antibiotiques.

La phagothérapie, basée sur l’utilisation de virus infectant spécifiquement les bactéries (bactériophages), pourrait dans certains cas remplacer les antibiotiques avec une meilleure efficacité. D) Existence de transferts horizontaux chez l’être humain Les documents présentés abordent la parenté des syncitines de mammifères avec celles de virus. Doc 2 : La région Fv (en jaune) de la protéine d’enveloppe du virus se fixe sur la protéine réceptrice de la cellulecible.

Sa structure spatiale est identique à celle de la région Fh de la syncytine humaine. Doc 3 : forte similitude entre syncitine humaine (gène porté par chromosome 7) et protéine d’enveloppe du MPMV Doc 4 : Lors de l’implantation de l’embryon dans la paroi de l’utérus, certaines cellules de l’embryon fusionnent entre elles, formant ainsi des cellules « géantes » à plusieurs noyaux qui constitueront le placenta (structure permettant les échanges de nutriments et de dioxygène entre la mère et l’embryon). Doc complémentaire : Chez la femme enceinte, la syncytine est fortement exprimée dans le tissu placentaire qui résulte de la fusion des cellules embryonnaires. Doc 5 : deux hypothèses sur l’origine des syncytines chez les mammifères : soit elles sont héritées d’un ancêtre commun puis ont été perdues dans de nombreuses branches, soit elles sont le fruit de transferts horizontaux ayant eu lieu dans chacune des branches.

La présence des symboles indiquant les transferts horizontaux conforte la deuxième hypothèse.

On constate alors que les transferts horizontaux, pour cette catégorie de protéines au moins, ne semblent pas exceptionnel dans l’histoire des mammifères. Remarque : On estime que 8 à 10 % du génome humain a une origine virale (alors que seulement 1,5 % code des gènes fonctionnels).

Par ailleurs, on trouve au moins une dizaine de gènes d’origine bactérienne (peut être hérités par transduction) auquel il faut ajouter des gènes d’origine mitochondriale. Bilan : L’universalité de l’ADN et l’unicité de sa structure dans le monde vivant autorisent des échanges génétiques entre organismes non nécessairement apparentés. Des échanges de matériel génétique, hors de la reproduction sexuée, constituent des transferts horizontaux. Ils se font par des processus variés (vecteurs viraux, conjugaison bactérienne…). Les transferts horizontaux sont très fréquents et ont des effets très importants sur l’évolution des populations et des écosystèmes.

Les pratiques de santé humaine sont concernées (propagation des résistances aux antibiotiques). TD4 Les endosymbioses et l’évolution des eucaryotes La symbiose est définie comme une association durable,.... »