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Les virus et les bactéries
Les bactéries sont des procaryotes. Une cellule procaryote est plus petite et plus simple qu’une cellule eucaryote.
Les virus sont encore plus petits et plus rudimentaires. Les virus ne sont guère plus que des gènes emballés dans une coque de protéines. Comme il leur manque les structures et les outils métaboliques qui existent dans les cellules, ils doivent infecter une cellule hôte pour se reproduire.
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La structure des virus
Les virus sont constitués d’une ou de plusieurs molécules d’acides nucléiques (ADN ou ARN) entourées d’une coque de protéines (= la capside) et parfois d’une membrane issue de la membrane de la cellule hôte.
La capside est constituée d’un grand nombre de sous-unités protéiques appelées capsomères, mais le nombre de types de protéines est habituellement faible.
La capside des bactériophages (ou phages), virus infectant les bactéries, est plus complexe : une queue protéique munie de fibres caudales est attachée à la tête entourant l’ADN.
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Le cycle de réplication des virus
Les virus sont des parasites intracellulaires obligatoires : ils ne peuvent se multiplier qu’à l’intérieur d’une cellule hôte.
L’infection commence quand le génome viral parvient à l’intérieur de la cellule hôte. Les enzymes de la cellule hôte effectuent la réplication du génome viral (à partir des nucléotides de la cellule). La cellule synthétise aussi les protéines de la capside (à partir d’acides aminés de la cellule).
Une fois fabriqués, les molécules du génome viral et les capsomères s’assemblent souvent de façon spontanée, formant de nouveaux virus. Ces nouveaux virus sortent alors de la cellule, processus qui occasionne des dommages à la cellule ou qui engendre sa destruction.
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Le cycle de réplication des phages
Les phages sont des virus à ADN bicaténaire (= double-brin). Ils peuvent se reproduire par deux mécanismes :
1/ le cycle lytique
On appelle ainsi ce processus de réplication virale car il aboutit à la mort de la cellule hôte. Un virus qui se multiplie uniquement par cycle lytique est un phage virulent.
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Le cycle de réplication des phages 2/ le cycle lysogénique
Ce processus permet la réplication du génome viral sans entraîner la destruction de la cellule hôte. Les virus qui sont capables de suivre les deux modes de réplication sont appelés virus tempérés.
Quand le génome viral pénètre dans la bactérie, il prend une forme circulaire. Il peut soit initier un cycle lytique soit s’intégrer dans le chromosome bactérien (il devient un prophage). Dans ce cas, un gène code pour une protéine qui inhibe la transcription des autres gènes viraux.
Le prophage est répliqué en même temps que le génome bactérien à chaque division de la cellule hôte. Certains facteurs environnementaux peuvent déclencher la sortie du prophage et initier un cycle lytique.
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Les virus qui infectent des cellules animales
La classification des virus infectant les animaux est basée sur la nature de leur génome ainsi que sur la présence ou non d’une enveloppe (membrane issue de la cellule hôte).
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Les virus à enveloppe
L’enveloppe virale contient des glycoprotéines qui servent à lier des récepteurs à la surface de la cellule hôte. Le génome viral (ARN) sert de matrice pour générer des ARNm à l’aide d’une enzyme virale. Ces ARNm seront traduits en protéines virales, soit au niveau du cytosol pour les protéines de la capside, soit au niveau du réticulum endoplasmique pour les glycoprotéines de l’enveloppe. La capside s’assemble autour de l’ARN génomique viral, et sort de la cellule hôte par bourgeonnement en s’entourant d’une portion de la membrane de la cellule hôte dans laquelle se sont insérées les glycoprotéines. Ce cycle de réplication ne tue pas nécessairement la cellule hôte.
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Les rétrovirus
Chez les virus de la classe V (à ARN monocaténaire), l’ARN génomique sert directement de matrice pour synthétiser l’ARNm. Une molécule d’ARNm sert à son tour de matrice pour synthétiser de nouvelles molécules d’ARN génomique. La voie ARN ---> ARN utilise une enzyme virale, présente dans la capside et donc apportée par le virus lors de son infection.
Les rétrovirus ont un cycle de réplication plus complexe : l’ARN génomique est d’abord rétrotranscrit en ADN (ARN ---> ADN) par une enzyme appelée transcriptase inverse. Cette enzyme est également apportée par le virus lors de l’infection de la cellule hôte.
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Les rétrovirus
Le cycle de réplication d’un rétrovirus comprend la rétro-transcription de l’ARN génomique. L’ADN viral pénètre dans le noyau et s’insère dans l’ADN d’un chromosome. L’ARN polymérase de la cellule hôte le transcrit en ARN qui peut soit servir d’ARNm, soit d’ARN génomique pour former de nouveaux virus.
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Le génome bactérien
Les bactéries ont un seul chromosome d’ADN bicaténaire circulaire, associé à un petit nombre de protéines. Le chromosome d’Escherichia coli (E. coli) code pour environ 4.400 gènes (= 100 x plus qu’un virus mais 1000 x moins qu’une cellule humaine). En outre, de nombreuses bactéries contiennent des plasmides, des anneaux d’ADN beaucoup plus petits, qui portent quelques gènes ou quelques dizaines de gènes. Ces plasmides se répliquent de façon autonome.
Les bactéries se divisent par scissiparité après réplication de leur chromosome.
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Les transferts de gènes chez les bactéries
Comme les bactéries ne se reproduisent pas par reproduction sexuée (méiose - fécondation), il n’y a pas de mélange de gènes venant d’individus différents. Trois autres mécanismes assurent le transfert de gènes : la transformation, la transduction et la conjugaison.
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La transformation
La transformation est l’assimilation par une bactérie d’une molécule d’ADN nu, qui lui est étrangère, modifiant ainsi son génotype et son phénotype. Cet ADN s’insère dans le chromosome de la bactérie (par recombinaison) et est transmis aux cellules filles.
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La transduction
Des bactériophages transfèrent des gènes bactériens d’une cellule hôte à l’autre. De temps à autre, un petit morceau de l’ADN bactérien est emballé dans la capside, il peut alors être transmis à la cellule hôte suivante.
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La conjugaison et les plasmides
La conjugaison est le transfert direct de matériel génétique entre deux bactéries temporairement liées. Le transfert se fait de manière uni- directionnelle (une bactérie donne (« mâle ») et l’autre reçoit (« femelle »)).
La bactérie donneuse s’attache à la bactérie receveuse à l’aide d’un appendice appelé pilus sexuel. Celui-ci se raccourcit ensuite pour rapprocher les deux bactéries entre lesquelles s’établit un pont cytoplasmique temporaire par lequel l’ADN passe.
La capacité à former un pilus sexuel résulte de la présence d’un segment d’ADN appelé facteur F (F pour fertilité). Le facteur F peut être présent sur le chromosome ou sur un plasmide. Ce segment d’ADN code pour environ 25 gènes.
La conjugaison peut se faire entre bactéries d’espèces différentes.
La conjugaison permet le transfert de plasmides portant des gènes codant pour des protéines de résistance aux antibiotiques (= plasmide R, pour résistance) ---> apparition de bactéries multi- résistantes.
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La conjugaison
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Les bactéries s’adaptent à leur milieu en régulant leur expression génique
Les bactéries vivent généralement dans des milieux très variables (ex E. coli dans l’intestin). Elles s’adaptent à ces changements en régulant les voies métaboliques soit directement par rétro-inhibition ou rétro-activation, soit indirectement en régulant l’expression des enzymes de l’une ou l’autre voie.
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Les opérons
Chez les procaryotes, les gènes encodant les différentes enzymes d’une même voie métabolique sont regroupés sur le chromosome. De plus, leur expression est régulée par un même promoteur. La transcription produit une longue molécule d’ARNm qui sera traduit en cinq protéines.
Le fait que les cinq gènes soient regroupés en une seul unité de transcription représente un avantage : ils pourront être exprimés tous en même temps sous la régulation d’un seul interrupteur appelé opérateur (=
fragment du promoteur). L’ensemble est appelé opéron.
ex : opéron tryptophane, qui permet la production des enzymes de synthèse de cet acide aminé seulement quand la bactérie n’en trouve pas dans son milieu extérieur.
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Les opérons
L’opéron tryptophane est un opéron répressible car sa transcription est habituellement active mais peut être inhibée par une molécule spécifique (ici le tryptophane).
Il existe des opérons inductibles : ils sont habituellement inactifs mais sont allumés quand le métabolite est présent.
ex : l’opéron lactose
