le dessin Schématique de la conjugaison bactérienne.

Schéma de conjugaison

  1. La cellule donneuse produit du pilus.
  2. Le pilus se fixe à la cellule réceptrice et rapproche les deux cellules.
  3. Le plasmide mobile est entaillé et un seul brin d’ADN est ensuite transféré à la cellule réceptrice.
  4. Les deux cellules synthétisent un brin complémentaire pour produire un plasmide circulaire double brin et reproduisent également pili; les deux cellules sont maintenant des donneuses viables pour le facteur F.,

Le F-plasmide est un épisome (un plasmide qui peut s’intégrer dans le chromosome bactérien par recombinaison homologue) avec une longueur d’environ 100 ko. Il porte sa propre origine de réplication, l’oriV, et une origine de transfert, ou oriT. Il ne peut y avoir qu’une seule copie du plasmide F dans une bactérie donnée, libre ou intégrée, et les bactéries qui possèdent une copie sont appelées F-positif ou F-plus (noté F+). Les cellules dépourvues de plasmides F sont appelées F-négatif ou F− moins (F -) et peuvent donc fonctionner comme des cellules réceptrices.,

Parmi d’autres informations génétiques, le plasmide F porte un locus tra et trb, qui, ensemble, mesurent environ 33 kb de long et sont constitués d’environ 40 gènes. Le locus tra comprend le gène pilin et les gènes régulateurs, qui forment ensemble pili à la surface de la cellule. Le locus comprend également les gènes des protéines qui se fixent à la surface des bactéries F et initient la conjugaison. Bien qu’il y ait un débat sur le mécanisme exact de la conjugaison, il semble que les pili ne soient pas les structures à travers lesquelles l’échange d’ADN se produit., Cela a été montré dans des expériences où les pilus sont autorisés à entrer en contact, mais sont ensuite dénaturés avec SDS et pourtant la transformation de l’ADN continue. Plusieurs protéines codées dans le locus tra ou trb semblent ouvrir un canal entre les bactéries et on pense que l’enzyme traD, située à la base du pilus, initie la fusion membranaire.

Lorsque la conjugaison est initiée par un signal, l’enzyme relaxase crée un nick dans l’un des brins du plasmide conjugué au niveau de l’oriT. Relaxase peut travailler seul ou dans un complexe de plus d’une douzaine de protéines connues collectivement comme un relaxosome., Dans le système F-plasmide, l’enzyme relaxase est appelée TraI et le relaxosome se compose de TraI, TraY, TraM et du facteur hôte intégré IHF. Le brin entaillé, ou brin en T, est ensuite déroulé du brin ininterrompu et transféré à la cellule réceptrice dans une direction de 5′-terminus à 3′-terminus. Le brin restant est répliqué soit indépendamment de l’action conjuguative (réplication végétative commençant à l’oriV), soit de concert avec la conjugaison (réplication conjuguée similaire à la réplication en cercle roulant du phage lambda)., La réplication conjuguée peut nécessiter un deuxième nick avant que le transfert réussi puisse se produire. Un rapport récent prétend avoir inhibé la conjugaison avec des produits chimiques qui imitent une étape intermédiaire de ce deuxième événement d’entaille.

1.Les séquences d’insertion (jaune) sur le plasmide de facteur F et le chromosome ont des séquences similaires, permettant au facteur F de s’insérer dans le génome de la cellule. Ceci est appelé recombinaison homologue et crée une cellule Hfr (haute fréquence de recombinaison). 2.,La cellule Hfr forme un pilus et se fixe à une cellule F réceptrice. 3.Un nick dans un brin du chromosome de la cellule Hfr est créé. 4.L’ADN commence à être transféré de la cellule Hfr à la cellule réceptrice pendant que le deuxième brin de son chromosome est en cours de réplication. 5.Le pilus se détache de la cellule réceptrice et se rétracte. La cellule Hfr souhaite idéalement transférer tout son génome à la cellule réceptrice. Cependant, en raison de sa grande taille et de son incapacité à rester en contact avec la cellule destinataire, il n’est pas en mesure de le faire. 6.a. La cellule F reste F-parce que la séquence entière du facteur F n’a pas été reçue., Comme aucune recombinaison homologue n’a eu lieu, l’ADN transféré est dégradé par les enzymes. b. Dans de très rares cas, le facteur F sera complètement transféré et la cellule F deviendra une cellule Hfr.

Si le plasmide F transféré a déjà été intégré dans le génome du donneur (produisant une souche Hfr), une partie de l’ADN chromosomique du donneur peut également être transférée avec l’ADN plasmidique. La quantité d’ADN chromosomique qui est transférée dépend de la durée pendant laquelle les deux bactéries conjuguantes restent en contact. Dans les souches de laboratoire communes de E., coli le transfert de l’ensemble du chromosome bactérien prend environ 100 minutes. L’ADN transféré peut ensuite être intégré dans le génome receveur par recombinaison homologue.

Une culture cellulaire qui contient dans sa population des cellules avec des plasmides F non intégrés contient généralement également quelques cellules qui ont accidentellement intégré leurs plasmides. Ce sont ces cellules qui sont responsables des transferts de gènes chromosomiques à basse fréquence qui se produisent dans de telles cultures. Certaines souches de bactéries avec un plasmide F intégré peuvent être isolées et cultivées en culture pure., Parce que de telles souches transfèrent très efficacement les gènes chromosomiques, elles sont appelées Hfr (high frequency of recombination). Le génome d’E. coli a été initialement cartographié par des expériences d’accouplement interrompues dans lesquelles diverses cellules Hfr en cours de conjugaison ont été cisaillées des receveurs après moins de 100 minutes (initialement à l’aide d’un mélangeur Waring). Les gènes qui ont été transférés ont ensuite été étudiés.

Depuis l’intégration du plasmide F dans le E., le chromosome coli est une occurrence spontanée rare, et puisque les nombreux gènes favorisant le transfert d’ADN se trouvent dans le génome plasmidique plutôt que dans le génome bactérien, il a été soutenu que le transfert conjugué de gènes bactériens, tel qu’il se produit dans le système Hfr d’E. coli, n’est pas une adaptation évolutive de l’hôte bactérien,

Zygogenèse spontanée chez E. coli

En plus de la conjugaison bactérienne classique décrite ci-dessus pour E., coli, une forme de conjugaison appelée zygogenèse spontanée (Z-accouplement pour faire court) est observée dans certaines souches d’E. coli. Dans l’accouplement Z, il y a un mélange génétique complet et des diploïdes instables se forment qui rejettent des cellules phénotypiquement haploïdes, dont certaines présentent un phénotype parental et d’autres sont de véritables recombinants.