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Les bactéries doivent être en mesure de s’adapter aux environnements changeants et difficiles dans lesquels ils vivent pour survivre et se multiplier. L’un des processus génétiques par lesquels ils le font est la transduction.
Qu’est-ce que la transduction bactérienne?
La transduction est l’une des trois formes de transfert de gènes horizontales (HGT) dans les bactéries, ainsi que la transformation et la conjugaison. En transduction, de petites sections d’ADN exogènes sont introduites dans une cellule bactérienne via un virus bactérien, plus communément appelé bactériophage. Le processus a d’abord été identifié dans Salmonelle par Norton Zinder et Joshua Lederberg au début des années 1950 et ont été largement étudiés depuis lors.1
Lorsque les virus se répliquent dans une cellule, ils peuvent accidentellement incorporer l’ADN de l’hôte dans leurs génomes, qui peuvent ensuite être transférés à un nouvel hôte. La nouvelle cellule hôte acquiert par conséquent un nouvel ADN, qui peut inclure des facteurs de virulence, des gènes de résistance aux antibiotiques, etc. Ce processus joue un rôle vital dans l’évolution des bactéries et l’adaptation aux environnements changeants et aux menaces externes.
Il existe deux processus principaux par lesquels la transduction se produit: généralisée et spécialisée (expliqué ci-dessous plus en détail). Récemment, Chen et al ont découvert un troisième mécanisme Staphylococcus aureus,2 dans lequel de grandes sections d’ADN de l’hôte (plusieurs centaines de kilobases) sont emballées dans des têtes de phage, qui peuvent ensuite être transférées à un nouvel hôte.
Bien que bien plus souvent associée aux procaryotes, la transduction se produit également dans les systèmes eucaryotes, souvent associés aux rétrovirus. Ici, les fragments d’ADN hôte sont incorporés dans le génome viral et peuvent ensuite être transmis par la suite à un nouvel hôte. Les chercheurs utilisent ce processus dans la génération de thérapies génétiques,3 générer des organismes transgéniques et des recherches générales.
Biologie de transduction – Comprendre le processus dans les bactéries, y compris les diagrammes de transduction bactériens
Il existe deux principaux types de transduction bactérienne: généralisés et spécialisés.4
Transduction généralisée
Figure 1: Diagramme montrant le processus de transduction bactérienne généralisée. A) Bonnes et infection des bactériophages. B) réplication du bactériophage. C) Lysis cellulaire et libération de bactériophage. D) Le bactériophage transportant de l’ADN hôte infecte une nouvelle cellule hôte. E) Recombinaison et insertion de l’ADN de l’hôte d’origine dans le chromosome du nouvel hôte. Crédit: réseaux technologiques.
Transduction spécialisée
Dans une transduction spécialisée, un groupe restreint de gènes hôtes est transféré à un nouvel hôte par un bactériophage tempéré (lysogénique). Un bactériophage se lie (figure 2A) et infecte (figure 2B) une bactérie hôte. Au lieu d’initier le cycle lytique, l’ADN bactériophage s’intègre dans le génome de l’hôte dans ce qui est connu sous le nom de cycle lysogène (figure 2C), devenant un prophage. Le prophage peut rester intégré pendant des périodes prolongées avant de devenir induites (généralement par une sorte de facteur de stress, par exemple oxydative, la température nutritionnelle et la lumière UV) pour l’accise du chromosome. Parfois, ce processus ne se produit pas avec précision et l’hôte des gènes adjacents au bactériophage est excisé avec l’ADN du bactériophage (figure 2D). La réplication des bactériophages est initiée (figure 2E) et le bactériophage est emballé et libéré de la cellule bactérienne par lyse (figure 2F). Ces bactériophages libérés sont ensuite capables d’infecter un nouvel hôte (figure 2G) et de transférer l’ADN de l’hôte d’origine vers le nouvel hôte (figure 2H).
Figure 2: Un diagramme montrant le processus de transduction bactérienne spécialisée. A) Bonnes de bactériophage. B) Infection au bactériophage. C) Intégration de l’ADN bactériophage. D) Dé-intégration des bactériophages. E) réplication du bactériophage. F) Emballage et libération de bactériophage. G) Le bactériophage infecte un nouvel hôte. H) Transfert stable d’ADN dans un nouvel hôte. Crédit: réseaux technologiques.
Transduction généralisée vs transduction spécialisée
La transduction spécialisée et généralisée est similaire en ce qu’ils sont tous deux des mécanismes de HGT qui génèrent une diversité génétique et sont médiés par des bactériophages. Cependant, il existe également des différences clés, qui sont résumées dans le tableau 1.
Tableau 1: Différences entre la transduction généralisée et spécialisée.
Transformation vs transduction
Bien que la transformation et la transduction soient des exemples de processus HGT, la principale différence est que la transformation implique l’absorption d’ADN libre de l’environnement. En revanche, la transduction consiste en le transfert d’ADN médié par le bactériophage.
Comment la transduction virale dans les bactéries est-elle exploitée en science?
Les scientifiques ont utilisé la transduction des bactériophages pendant de nombreuses années pour étudier et manipuler les bactéries. Par exemple, il a joué un rôle dans la thérapie de bactériophage pour lutter contre les maladies infectieuses,5,6 de nombreux aspects de la recherche fondamentale, des applications industrielles, biotechnologiques et pharmaceutiques,7,8,9 Thérapie génique du cancer10 et les techniques d’affichage des phages.11
En conclusion, la transduction bactérienne est l’un des processus qui contribuent à la diversité génétique et à la propagation des traits, tels que la résistance aux antibiotiques et les facteurs de virulence parmi les populations bactériennes. Il a été utilisé par des scientifiques dans une variété d’applications de recherche fondamentale et pour développer des agents thérapeutiques, biotechnologiques et pharmacologiques.
Références (Cliquez pour agrandir)
1 et 1 Zinder ND, Ledeberg J. Échange génétique à Salmonella. J Bacteriol. 1952; 64 (5): 679-99. doi: 10.1128 / jb.64.5.679-699
2 Chen J, Quiles-puchalt N, Lord, Baccilup R, droit-Salom A, ont MSJ, Eli. Une hypermobilité de transduction par transduction. Science. 2018; 362 (6411): 207-212. doi: 10.1126 / science.aat5867
3 et 3 Schambach A, Buchholz CJ, Torres-Ruiz R, Cichutek K, Morgan M, Trapani I, Büning H. Une nouvelle ère de thérapie génique de précision. Lancette. 2024; 403 (10426): 568-582. doi: 10.1016 / S0140-6736 (23) 01952-9
4 Madigan MT, Martinko JM, Bender KS, Buckley DH, Stahl DA. Brock Biology of Microorganisms. 14e éd. Pearson; 2015. ISBN: 0321897390
5 Strathdee SA, Hatfull GF, Mutalik VK, Schooley RT. Thérapie phage: des mécanismes biologiques aux directions futures. Cellule. 2023; 186 (1): 17-31. doi: 10.1016 / j.cell.2022.11.017
6. Goodridge LD. Conception de la thérapeutique des phages. Curr pharm biotechnol. 2010; 11 (1): 15-27. doi: 10.2174 / 138920110790725348
7 April AG, Carrera M, Notary V, Sánchez-Pérez A, Villa TG. L’utilisation de bactériophages en biotechnologie et des informations récentes sur la protéomique. Antibiotiques (Bâle). 2022; 11 (5): 653. doi: 10.3390 / Antibiotics11050653
8 Łobocka M, Dąbrowska K, Górski A. Thérapie bactériophage conçue: justification, défis et avenir. Bio-rauque. 2021; 35 (3): 255-280. doi: 10.1007 / S40259-021-00480-Z
9. Materatski P, Varanda C. Nouvelles perspectives sur les applications des virus à la biotechnologie. Virus. 2023; 15 (12): 2322. doi: 10.3390 / v15122322
10 Petrov G, Dymova M, Richter V. Thérapie génique du cancer médiée par les bactériophages. Int J Mol Sci. 2022; 23 (22): 14245. doi: 10.3390 / IJMS232214245
11 Jaroszewicz IN, Morcinek-Orłowska J, Pierzynowska K, Gaffke L, Węgrzyn G. PHAGE Affichage et autres technologies d’affichage peptidique. FEMS Microbiol Rev. 2022; 46 (2): FUAB052. deux: 10.1093 / fémsre / fuab052
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