La génétique bactérienne englobe l’étude des gènes, des génomes et de l’hérédité chez les bactéries. Les bactéries possèdent une remarquable plasticité génétique, leur permettant de s’adapter rapidement aux changements environnementaux par mutation et mécanismes de transfert horizontal de gènes.
Organisation du Génome Bactérien
Le chromosome bactérien est une molécule d’ADN double brin circulaire unique, généralement de 0,5 à 10 Mb, organisée dans une région nucléoïde sans membrane nucléaire — E. coli a un génome d’environ 4,6 Mb codant pour environ 4 300 gènes. Les plasmides sont de petites molécules d’ADN extrachromosomiques circulaires qui se répliquent indépendamment, portant des gènes accessoires pour la résistance aux antibiotiques, les facteurs de virulence et les capacités métaboliques. Les transposons sont des éléments génétiques mobiles qui peuvent se déplacer au sein ou entre les molécules d’ADN, portant souvent des gènes de résistance aux antibiotiques.
Mutation chez les Bactéries
Les mutations ponctuelles sont des substitutions de bases uniques (transition ou transversion) qui peuvent modifier un acide aminé (faux-sens), créer un codon stop (non-sens) ou n’avoir aucun effet (silencieuse). Les mutations de décalage du cadre de lecture sont des insertions ou délétions de bases qui décalent le cadre de lecture, produisant généralement une protéine non fonctionnelle. Les taux de mutation chez les bactéries sont d’environ 10⁻⁶ à 10⁻⁹ par paire de bases par génération mais peuvent augmenter sous stress via la réponse SOS. Le test d’Ames utilise des mutants de Salmonella typhimurium pour détecter les mutagènes chimiques.
Transfert Horizontal de Gènes
La transformation implique l’absorption d’ADN libre de l’environnement par des cellules bactériennes compétentes ; la compétence naturelle se produit chez Bacillus subtilis, Streptococcus pneumoniae et Neisseria gonorrhoeae. La conjugaison est un transfert direct d’ADN de cellule à cellule via un pilus conjugatif, codé par le plasmide F (fertilité) chez E. coli, et peut transférer des plasmides et des gènes chromosomiques entre différentes espèces. La transduction est le transfert d’ADN bactérien par des bactériophages — la transduction généralisée transfère tout fragment chromosomique, tandis que la transduction spécialisée transfère des gènes spécifiques adjacents au site d’intégration du phage.
Régulation Génique
L’opéron lac chez E. coli est le modèle classique de régulation génique inductible, contrôlé par le répresseur lac et la protéine activatrice du catabolite (CAP). L’opéron trp est un système répressible régulé par les niveaux de tryptophane via l’atténuation et le répresseur trp. Le quorum sensing permet aux bactéries de réguler l’expression génique en réponse à la densité de population en utilisant des molécules auto-inductrices telles que les N-acyl homosérine lactones.
Applications
Le génie génétique utilise les plasmides bactériens et les enzymes de restriction pour cloner des gènes et produire des protéines recombinantes telles que l’insuline, l’hormone de croissance et les vaccins. Le suivi des gènes de résistance aux antibiotiques est appliqué en milieu clinique et environnemental. CRISPR-Cas9, dérivé de l’immunité adaptative bactérienne, est devenu un outil révolutionnaire pour l’édition du génome.
