EXPERIENCE D'NANOWSKY (1892)

COURS DE VIROLOGIE

---

^malade

Toxine ou agent infectieux ? •

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IVANOWSKY conclue: qu'il s'agit d'une toxine mais BEIJERINCK (1898) démontre qu'il s'agit d'un agent infectieux nouveau et l'appela inframicrobe.

C'est un parasite absolu(= obligatoire) car ne possède pas dans son génome l'information nécessaire pour la synthèse de ses métabolites essentiels. Le virion les trouve dans la cellule qu'il infecte. li détourne à son usage les systèmes enzymatiques préexistants. De même il utilise pour la synthèse de ses propres protéines, les ribosomes et les ARNt de la cellule qu'il infecte.

li présente une structure définie, possédant une symétrie cubique, ou hélicoïdale ou mixte.

Selon le biophysicien Loria:" Les virus sont des entités dont le génome est un élément d'acide nucléique, ADN ou ARN, qui se reproduisent à l'intérieur de cellules vivantes et qui utilisent les mécanismes synthétiques de ces cellules pour diriger la synthèse de particules spécialisées (les virions) qui contiennent le génome viral et le transmettent à d'autres cellules".

Symétrie cubique

REMARQUE:

Virus = virion = particule virale infectieuse

En somme, les structures du virus autour de l'acide nucléique ont pour fonction de protéger le génome, de permettre au virus de se fixer sur un récepteur cellulaire, et c'est contre ces structures qu'est dirigée la réponse immunitaire.

3- STRUCTURE DES VIRUS : Le virus est constitué :

♦ d'une seule espèce d'acide nucléique soit ADN soit ARN

♦ d'une structure protéique, la capside, qui protège l'acide nucléique; l'ensemble (acide nucléique+ capside) est appelé nucléocapside.

♦ parfois une enveloppe.

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3-1- Les génomes viraux:

bicaténaire, mais il existe des ADN viraux monocaténaires.

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♦ soit de I' ARN qui est habituellement monocaténaire, mais il existe des virus à ARN bicaténaire organisé en double hélice.

jamais les deux à la fois (ADN + ARN).

Les génomes viraux sont infectieux, mais ils ne peuvent s'exprimer que dans une cellule hôte. ,.

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12:46

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gros en contiennent plusieurs centaines. Cette quantité d'information reste toutefois bien inférieure à celle contenue dans le génome des mammifères : une centaine de milliers de gènes.

Notons, pour le génome des mammifères que seulement 10% de I' ADN semble être codant alors que dans le cas des virus 90°/4 du matériel génétique est codant.

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Les protéines de la capside sont agencées de manière symétrique dans une architecture

régulière. Les virus ont inventé 2 façons différentes de remplir cette condition de régularité: les capsides à symétrie icosaédrique (ou cubique) et les capsides à symétrie héliale (ou b~licoïdale). Il existe un 3e type de capside dit à symétrie mixte.

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3.::z_ Les capsides virales :

Le virion doit sa forme à sa capside qui constitue, à elle seule, la plus grande part de la masse de la particule virale. Elle est fabriquée à partir de protéines codées par les gènes viraux.

1

L'adsorption et la pénétration dans la cellule hôte du génome viral, est assurée par la capside ou l'enveloppe qui conditionnent donc le pouvoir infectieux.

Grâce à la microscopie électronique à transmission (1935), on a pu mettre en évidence 3 types de

---3-2-1- Les capsides à symétrie icosaédrique:

ex. les herpèsvirus

Les capsides à symétrie icosaédrique donnent au virus l'allure d'un petit cristal.

La plus simple présente un icosaèdre à 20 faces, mais il existe d'autres à 60, 80 ••• et même jusqu'à 500 faces pour la capside des Adénovirus.

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Capside icosaèdrique du Rhinovirus

Structure d'un icosaèdre à 20 faces

ex. virus de la grippe

Les capsides en forme d'hélice donnent aux particules virales une forme de bâtonnet ou d'un long filament. Les protéines de la capside sont enroulées autour de l'acide nucléique viral (ADN ou ARN) en une configuration hélicale.

L'ensemble est très stable.

12:46

Structure d'une capside à symétrie hélicoïdale

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-··-hélicoïdale

C'est le cas des phages T possédant

une tête à symétrie cubique et

une queue à symétrie hélicoïdale.

12:46

Capsides à symétrie binaire (mixte) cas du phage T

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_.h>·_Lesenveloppes aes virus :

Le virus possédant une enveloppe s'appelle : virus enveloppé, par opposition au virus nu.

L'enveloppe a une constitution complexe : elle contient des lipides, des protéines et des glucides.

Phages T fixés à une bactérie

Elle a pour origine les membranes de la cellule infectée (membrane nucléaire ou membrane cytoplasmique interne ou externe) auxquelles se greffent des protéines transmembranaires codées par le génome viral.

12:46

l'entrée du virus dans la cellule hôte.

Elles sont responsable de l'attachement du virus à son site cellulaire (ex. VIH sur la molécule CD4 portée par les LT4). Pour les virus nus, certaines protéines de la capside jouent un rôle homologue vis à vis des cellules cibles.

En général les virus enveloppés sont à peu près sphériques, mais peuvent se déformer car l'enveloppe n'est pas rigide.

- en forme de balle de fusil : virus de la rage - forme filamenteuse en U, en 6 ou circulaire :

virus Ebola.

..

VIRUS LASSA ,.

12:46

VIRUS DE"'LA GRIPPE ⁾⁷ VIRUSEBOLA

VIRUS DE LA VARIOLE ,.

VIRUS DE LA RAGE

Le tableau suivant montre une classification des virus en:

- familles, - genres, - espèces, - puis virus type.

4-CLASSIFICATION DES VIRUS La classification des virus peut s'appuyer : soit sur la nature de l'hôte: vertébrés (ex. VIH), invertébrés, plantes (eL virus de la mosaïque du tabac), bactéries (eL bactério-phages),

champignons,

soit sur les caractéristiques des particules virales (PM, acide nucléique, nature du brin "simple ou double", symétrie de la capside, taille,± env ... )

soit sur un modèle

VIRUS A ADN

12:46

VIRUS A ARN+

VIRUSAARN+

12:46

VIRUSAARN-VIRUS A

ARN- RETRO-VIRUS

12:46

-B-INFECTION ET MULTIPLICATION

VIRALE

...

a- L'adsorption du virus à une cellule cible est facilité par la reconnaissance entre un

constituant externe du virus et un constituant extracellulaire de la cellule cible (ou récepteur).

Les virus out un ou plusieurs récepteurs différents.

Actuellement, peu de récepteurs sont identifiés.

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1- ENTREE DU VIRUS DANS LA CELLULE

Le franchissement de la barrière cellulaire se fait en3 étapes:

a- l'adsorption du virus à la cellule ;

b- la pénétration à travers la mb cellulaire ; c-la décapsidation de la particule virale •

Ce sont soit des sucres, cas du virus de la grippe, soit des protéines (SIDA).

La présence du récepteur implique une spécificité entre virus et cellule cible et entre le virus et l'espèce animale. On parle de tropisme.

b-Les virus pénètrent dans la cellule

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soit en traversant, entier, la membrane plasmique par endotoscy~

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soit par fusion de l'enveloppe virale avec la membrane cellulaire.

..

2- LA MULTIPLICATION DES VIRUS DES ANIMAUX:

L'acide nucléique du virus, libéré de sa capside à l'intérieur de la cdlule, va d'une part se répliquer et d'autre part servir de source d'information pour la synthèse de 2 types de protéines :

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c- la décapsidation aboutit à la dissociation des constituants du virus dans la cellule grâce à des enzymes cellulaires, libérant ainsi le génome viral qui sera répliqué soit dans le cytoplasme soit dans le noyau cellulaire •

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a- des enzymes nécessaires à la multiplication virale;

b-les protéines constitutives de la capside et éventuellement de certains constituants de l'enveloppe.

En général les virus à ADN font leur réplication au niveau du noyau (ex. Adénovirus, Herpèsvirus) et les virus à ARN au niveau du cytoplasme (ex.

virus de la poliomyélite).

Mais il existe des exceptions:

-des virus à ADN qui font leur réplication dans le cytoplasme ex. Poxvirus

- et des virus à ARN qui {ont leur réplication au niveau du noyau ex. virus de la Grippe.

L'ensemble de la synthèse d'un virus demande un délai de temps qui peut être évalué entre 6 à 8h pour certains, voire 18 à 24h pour d'autres.

Le nombre de nouvelles particules virales au cours d'un cycle de multiplication peut aller jusqu'à plusieurs centaines.

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La synthèse des protéines virales se réalise comme celle des protéinli d'une cellule normale grâce à la lecture par les ribosomes cellulaires des ARNm viraux. Les protéines virales vont s'accumuler dans le cytoplasme ou être transportées dans le noyau si les copies du génomes se trouvent à cet endroit (eL Adénovirus).

2-1- Multiplication des virus à ARN

La grande majorité des virus à ARN est porteuse de génomes simple brin. Ils appartiennent à 2 classes : les génomes de polarité positive et les génomes de polarité négative.

-Les 1ers (ARN+), une fois dans la cellule, peuvent directement servir d' ARNm et diriger la synthèse

des protéines virales. ¹²

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transcrits en ARNm pour que s'effectue la synthèse protéique. Un cas particulier parmi les virus à ARN, dont la stratégie est plus

compliquée sont les rétro-virus eL HIV; une fois dans la cellule, son ARN simple brin est transcrit en ADN double brin qui ira ensuite s'intégrer dans le génome de la cellule hôte.

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2-2- Multiplication des rétrovirus:

Les rétrovirus dont le VIH font une exception et ont un mode de réplication différent des autres virus. L' ARN génomique simple brin contenu dans les virions sert de matrice à la formation d'un ADN double brin grâce à la transcriptase inverse rétrovirale.

2-3- Multiplication des virus à ADN

La réplication des virus à ADN a le+ souvent lieu dans le noyau cellulaire où des enzymes cellulaires pourront alors être impliquées.

On distingue une Jère phase avec une transcription d' ARNm viraux donnant naissance à des protéines principalement à des protéines régulatrices et enzymatiques non structurales.

La 2ème phase correspond à la duplication du matériel génétique, grâce à une ADN polymérase.

La 3ème phase utilise une partie du génome néoformé pour la synthèse des protéines structurales.

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Introduction à la génétique bactérienne

La génétique bactérienne: c'est l'étude du génome bactérien et de sa variabtlité. ·

Cette variabilité est à lâ base de l'évolution.

Elle est due:

-: aux mutations

- et aux _transferts de gènes.

Elles se traduisent par l'apparition de cellules mutantes différentes du type nonnal (ou sauvage) par un ou plusieurs ·caractères. .

Les mutants peuvent être:

- néfastes

- ou posséder un avantage sélectif et être sélectionnés dans certaines conditions environnementales.

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~--1 MUTATION

L'enchainement précis des nucléotides détennine l'information génétique portée par l'ADN. Les Variations de séq1;1ences de ces nucléotidiques, suite aux agressions physiques ou chimiques ⇒ altération phénotypiques ( en général) appelêes mutation.

Les mutations sont donc des événements rares. ^stables

et héréditaires.

Les différents types de mutation

Les mutations peuvent être:

- de nature ponctuelle:

- substitution - délétion

- addition d'une base.

- ou être dues à la perte ou à l'addition ou à l'inversion de séquences d'ADN.

La substitution conduit à des mutations silencieuses ou à des mutations faux sens ou à des mutations non-sens.

. La mut11tion silencieuse ne modifie pas la nature de l'acide aminé synthétisé.

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. La mutation est faux sens, quad un acide aminé d'une protéine est remplacé par un autre a~ide aminé.

. Une mutation est qualifiée de non-sens lorsque la substitution provoque la formation d'un codon stop (UAG, UAA ou UGA). La protéine synthétisée sera alors une protéine tronquée.

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Mutations ponctuelles

Substitution

Transition : une base .purique est remplacée par

·. une autre base purique ou lorsqu'une base pyrimidique est· remplacée par une autre base pyrimidique.

· Transversion : une base purique est remplacée par une base pyrimidique ou vice versa

Addition ou délétion d'une base

L'aJ'ti""dion ou la àiJtio~ d'une seule paire de base modifie le cadre de lecture de rARNm ce qui peut entraîner des changements

phénotypiques .

inversion de séquences

La perte d'un segment d'ADN suite à des coupures de l'ADN sont létales pour la bactérie.

Les mutations liées à l'insértion ou la _

· liquation ou_.l_e~changement dans l'orientation de séquences ;d'ÂDN, sont dues à des éléments . gén~~

mohiiës"

tels que des séquences

rtion, des transposons, des phages.

· le n<>rn.t>re de paires de bases enlevées ou inséfées est un multiple de 3, le cadre de lecture n"est pas altéré, mais la protéine est allongée

un ou de quelques acides aninés ce qui peut

Mutation conditionnelle : liée aux conditions de l'environnement,

Mutation ·biochimique : liée aux voie de biosynthèse de la œRule. Les mutants auxotrophes ne peuvent se développer sur un milieu minimum (exige tm supplémenent)/ à la souche prototrophe qui se développe sur milieu minirrum. Facile à séledinner.

Mutant résistant : acquisition de la résistance à une molécule ou agent pathogène.

Caractères des mutations bactériennes

On peut distinguer <flfférent types de mutation : Mutation morphologique : changement de la morphologie de la colonie ou de la cellule, Mutation létale : qui entraine la mort de la œDule,

Les mutations peuvent apparaitre spontanérrientêtre induites.

MUTATION SPONTANEES :

Apparaissent sans qu'il ait exposition à des agents externes. Bles sont dues le plus souvent à des erreurs dans la réplication de l'ADN ou à des lésions de œDe -ci :

- substitutions d'une base par une autre, .; lésion de bases,

- délétion d'un segment d'ADN

MUTATIONS INDUITES:

Altération de l'ADN par des agents mutagènes physiques ou chimique.

-Incorporation d'analogues de bases qui .. ressemblent aux bases azotées ;

Le 5-bromouracile analogue de la thymine et dont la forme énolique se lie à la guanine au lieu de I' Adénine => Mutation stable

-+-

...,

-Appariement erronés : modification de la structure d'une base par un agent mutagène ce qui modifie les propriétés d'.appariement.

Ex. Methyl'-flitrosoguanidine : responsable de la méthylation de la guanine ⇒ mésappariement

avec la thymine. ·

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- Intercalation d'agent chimiques entre deux bases : ⇒ déformation de I' ADN (fonnation d'une boucle dans l'ADN); Ex. Proffavine, - Contournement de la réplication

La conservation d'appariement correct des bases est essentielle pour empêcher les mutations. Après une lésion de I' ADN, des_

mécanismes de réparation vont essayer de corriger l'ADN endommagé avant que la mutation ne s'installe définitivement (stable et héréditaire) après un cycle complet de

... ••- ··~ • .... · .•. réoftcation ..

II Transfert de gènes

Un transfert génétique se fait d'une bactérie donatrice de matériel génétique_à une bactérie réceptrice.

La bactérie réceptrice peut acquérir des caractères nouveaux (ceux de la bactérie donatrice) qui seront transmis à la descendance.

Les échanges d'ADN s'effectuent selon trois grandes modalités:

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. La transformation fait intervenir de !'ADN bïcaténaire libre qui est capté par une bactérie réceptrice avant d'être éventuell~ent intégré au chromosome.

. Là transduction:«;st un transfert effectué par.des bactériop)lages (.yqu,s spécifiques des bactéries).

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. La conjÙgaisori_ ~ un trasnfert à déterminisme plasmidique qui s'èffectue entre des bactéries

"sexuellement" différenciées et qui n ~ t e un contact étroit entre bactéries.

1) Conjugaison bactériennp

CevJ.:.a.cl

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Définition

La conjugaison est un transfert d'ADN

unidirectionnel, qui s'effectue entre des badéries

·sexueflemenr différenciées appelées bactérie donatrice (ou mâle) et une bactérie réceptrice (ou femelle).

-Sie implique un contact direct entre les deux types de bactérie.

- EDe dépend de la présence de plasmides, fragments extrachromosomique d'ADN circulaire ( existants indépendamment du chromosome),

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(voir schéma). La S?Uche A~ auxotrophe pour la thréonine et la leucine et la souche B est · auxotrophe pour la biotine, la méthionine et la thiamine. La culture de ces deux souches sur un ITlllieu gélosé dépourvu de thréonine, de leucine, de biotine, de méthionine et de thiamine ne conduit à rapparition d'aucune colonie. En revanche, si on étale sur ce nvTieu un bouillon ensemencé avec un mélange des deux souches, on obtient un développement des bactéries.

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Bernard Davis a mis en évidence la nécessité d'un contact physique direct entre les deux types de souches en utilisant un tube en U séparé à la base par une membrane en verre fritté

empêchant un, contact entre les souches.

Dans ces conditions. si les deux souches sont ' placée$ chacune dans une branche du tube,

, aucune,bactérie prototrophe n'est obtenue, (voir schéma)

⇒ le transfert de matériel génétique n'avait pas lieu.

L'ensemble de ces résultats conduit à admettre l'existence d'une différenciation sexuelle entre les deux souches.

Les bactéries B donatrices de gènes se comportent comme des bactéries mâles. Elles transfèrent les gènes permettant l'utilisation de la thréonine et de la leucine.

Les bactéries de la souche A. sont réceptrices de gènes. Elles se comportent comme des bactéries

femelles. ·

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la compétence ou capacité à capturer de l'ADN présent dans l'environnement est un état physiologique génétiquement programmé qui n•existe que chez quelques espèces

bactériennes. elle est donc naturefle:

- L'ADN transfomtjbt doit être un ADN bicaténaire

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- L'ADNtransforrnimt et l'ADN de la bactérie réceptrice doivent être similaires et la transformation n'est pœsible qu'entre bactéries d'lme même espèce ou qu'entre bactéries appartenant à des espèces voisines.

Pour les bactéries n o n ~ il est possible d'obtenir une transformation artificielle.

L'ADN peut alors être dégradé par les enzymes cellulaires ou, s'il est très proche de rADN

dvomosonique, H peut être utilisé par les enzymes de réparation de rADN pour être recombiné avec le chromosome. La transformation peut alors se traduire par la mocfdication d'un caractère de la bactérie réœpbice.

Chez les bactéries à Gram négatif, l'état de COl'f1)étenCEr et la capture de l'ADN sont associés à la présence de petites vésicules membranaires, appelées transformasomes

Transformation naturelle

La bactérie réceptrice doit être compétente.

Ches les bactéries à Gram positif, l'état de compétence nécessite l'apparition à la surface de la cefhJle d'un complexe protéique chargé de la capture de rADN étrangère. Il est constitué: - d'une endonucléase: découpe

r

ADN bicaténaire - d'une exonucléase: dégrade un des deux brins de 1 • ADN, l'autre brin pénètre dans le cytoplasme - d'une autolysine: augmente la perméabilité œDulaire

Transformation artificielle

La transformation artificielle est utilisée dans les laboratoire:

~ Transférer diverses molécules d'ADN à des

· bactéries non naturellement transformables telle que. _

Amplification de l'ADN exogène dans la bactérie réceptrice.

Conséquences et applications

- Modèles d•étude

Structure simple des bactériophages a permis de découvrir la plupart des notions fondamentales de la biologie moléculaire moderne (caractère discontinu de la réplication de l'ADN, enzymes de restriction, mécanismes de la régulation de l'expression des gènes, etc.).

- Importance nutritionnelle: I' ADN étranger constituerait me source de nucléotides.

- Mécanisme permettant à la bactérie de réparer , des lésions de son ADN.

-·. - Augmente..-la diversit~ du potentiel génétique.

-Emergence d'espèces résistantes aux antibiotiques.

- La transfonnation artificielle est une technique de

- Importance industrielle

Source de contamination et de destruction- des · germes d'infêret industriel.

prendre des mesures strictes de désinfection des locaux et de rappareillage, ainsi que l'utilisation de souches résistantes aux phages permettent de prévenir ces risques.

Importance médicale

Certains phages peuvent disséminer par ,, transduction des gènes:

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- responsables dlftpouvoir pathogène,

·~~

- de résistance à divers antibiotiques

.

Thérapeutique

La phagothérapie peut permettre de lutter contre de nombreuses maladies infectieuses

Depuis rarrivée des antibiotiques, les

bactériophages n'ont été que rarement utilisés. Ce n'est qu'en Europe de rEst et particulièrement en Russie que des chercheurs ont toujours pensé qu'ils représentaient une voie crédible

Génétique moléculaire

- - --·--·- - - ··-···-··

Diagnostic

Constituent une méthode indirecte de diagnostic

Là nise en évidence des bactériophages témoigne alors de la présence de certaines

• · es dans un milieu.

Ex. les germes de contarninati~,derea.u Les bactériophages sont êgalernent utilisés dans l'identification bactérienne

3) Transduction

généralisée

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La transduction généralisée est due à des phages virulents. Lors du cycle productif, un fragment d'ADN bactérien peut être encapsidé par erreur et venir remplacer 1'ADN phagique.

Le phage ayant incorporé de l'ADN bactérien ne peut . plus se répliquer (phage défectif), mais il peut ,

· • transférer de I' ADN bàctérien à une bactérie réceptriçe

Cette transduction est qualifiée de généralisée ou de non spécifique car elle concerne tous les fragments d'ADN (chromosomique ou extra-chromosomique).

,..

Après le transfert d'ADN dans une .bactérie réceptrice, deux modalités sont possibles.

. Le fragment d'ADN va s'intégrer par recombinaison homologue et toute la

descendance de la bactérie réceptrice portera l'ADN transféré. On dit que la transduction est complète.

·· · ; Le fragment d'ADN reste libre, il ne sera pas

· •· répliqué, mais les gènes transmis sont

. fonctionnels et peuvent être exprimés. Lors de la

· . multiplication bactérienne, seule une des deux cellules filles acquiert le fragment d'ADN transféré

⇒ DILLUTION.

On dit oue la transduction est abortive.

Dans le document STERILISATION et TECHNIQUES CONTROLE des MICROORGANISMES 26/09/2017 (Page 34-68)