La complexification des génomes

Séquence 2 : La complexification des génomes

1. Les transferts horizontaux de gènes

Activité 1 : Les transferts horizontaux (activité différente par groupe/ présentation à l’orale)

On cherche à savoir quelles sont les modalités des transferts horizontaux des gènes et quelle sont les conséquences ?

Correction

Sujet L’antibiorésistance

La résistance importante des agents pathogènes responsables des maladies nosocomiales s’explique par la présence importante de bactéries résistantes dans les hôpitaux. En effet, ces bactéries sont en contact avec les antibiotiques, seules celles qui sont résistantes survivent, se reproduisent et transfèrent leurs gènes de résistance à leurs descendantes. Mais les maladies nosocomiales sont souvent d’origine endogène, c'est-à-dire dues aux bactéries du patient, qui n’ont pas de raison d’être d’avantage résistantes. Ceci s’explique par la présence de transferts horizontaux de gènes entre les bactéries résistantes de l’hôpital et celles du patient. Ces transferts peuvent avoir lieu par conjugaison, comme dans notre exemple.

L’utilisation massive des antibiotiques depuis environ huit décennies a conduit à la sélection puis au transfert inter-espèces de nouveaux mécanismes d’antibiorésistance. L’accumulation de ces résistances chez une même bactérie conduit à la multi-résistance (résistances à plusieurs familles d’antibiotique) voire la toto-résistance (résistance à tous les antibiotiques disponibles). Ces deux situations peuvent être source d’impasses thérapeutiques. Certaines espèces bactériennes fréquemment impliquées en pathologie humaine et souvent multi-résistantes aux antibiotiques ont été regroupées sous l’anagramme « ESKAPE ». Il s’agit de Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumanii, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter et autres Enterobacteriaceae (not. Escherichia coli). L’antibiorésistance est actuellement un problème majeur de santé publique à l’échelle mondiale, qui a nécessité l’élaboration de plans de lutte internationaux (OMS notamment) et nationaux.

https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/wp-content/uploads/sites/5/2019/11/Synth%C3%A8se-2019-Antibiotiques-et-r%C3%A9sistances-bact%C3%A9rienne-Une-menace-mondiale-des-cons%C3%A9quences-individuelles.pdf

Sujet la digestion de l’algue sushis

Le gène de la porphyranase des bactéries de la flore est très similaire (+80%) à celui de Zobellia et cela ne peut être le fruit du hasard. En dehors de toute parenté récente entre ces espèces (donc de transfert vertical de gêne), on peut supposer que les bactéries de la flore intestinale des Japonais ont reçu le gène de la porphyranase par transfert horizontal avec Zobellia galactanivorans.

En effet, on sait que les bactéries sont capables d’échanger du matériel génétique par transfert horizontal, par exemple, par l’intermédiaire de ponts cytoplasmiques. Néanmoins, ce transfert nécessite un contact.  On peut donc formuler l’hypothèse suivante : Zobellia galactanivorans a pu se retrouver temporairement en contact avec les bactéries de la flore intestinale des Japonais après ingestion de l’algue porphyra et des bactéries Zobellia galactanivorans vivant à sa surface. Cette proximité a pu permettre le transfert horizontal du gène de la poprhyranase de Zobellia aux bactéries de la flore des japonais. Pour résumer, on peut donc penser que l’acquisition de la capacité à digérer l’algue Porphyra chez les Japonais s’est effectuée de la manière suivante :

- Consommation de l'algue Porphyra et de la bactérie Zobellia galactanivorans vivant à sa surface

- Transfert horizontal du gène de la porphyranase entre Zobellia galactanivorans et les bactéries de la flore intestinale d’un Japonais, puis transmission de ces bactéries de génération en génération lors de l’accouchement. => Les bactéries de la flore intestinale des Japonais deviennent capables de digérer Porphyra.

- L'homme vivant en symbiose avec ces bactéries de la flore intestinale, les Japonais deviennent capables de digérer les algues Porphyra.

http://svt.ac-creteil.fr/?Des-sushis-et-des-hommes

Sujet l’origine du placenta chez les mammifères

Le placenta est une structure permettant les échanges de nutriments et de dioxygène entre la mère et l’embryon, il est constitué de cellules “géantes” à plusieurs noyaux. Lors de l’implantation de l’embryon, certaines cellules embryonnaires fusionnent pour former des cellules géantes à plusieurs noyaux.

L’étude de la fonction du gène codant pour la syncytine montre que les cellules en culture ne possédant pas ce gène ne peuvent pas fusionner entre elles. En effet, sans le gène codant pour la syncytine, les cellules restent éparpillées, de petite taille et à un noyau. En revanche, les cellules dans lesquelles a été introduit le gène codant pour la syncytine se regroupent puis fusionnent pour former des cellules “géantes” et à plusieurs noyaux. Or, on sait que la mise en place du placenta chez l’Homme se fait en fusionnant entres-elles, les cellules embryonnaires constituant le placenta. On peut alors en déduire que chez l’Homme, la syncytine permet la fusion des cellules embryonnaires nécessaire à la mise en place du placenta. De plus, nous observons des portions de séquences en acides aminés d’une protéine de syncytine humaine et d’une protéine d’enveloppe du virus MPMV. A quelques exceptions, ces deux séquences se ressemblent fortement: les régions des deux protéines présentées sont identiques à 80%. Ainsi, ces deux protéines présentent beaucoup de similitudes. Par conséquent, les gènes qui gouvernent leur synthèse sont aussi très similaires et leurs séquences nucléotidiques très proches voire quasi-identiques. Cela suggère que ces deux gènes, celui de l’espèce humaine et celui du virus MPMV proviennent d’un gène ancestral commun. Nous pouvons ainsi faire l’hypothèse que le virus MPMV possède un gène quasi identique à celui du gène de la syncytine permettant également la fusion de cellules (et donc des membranes cellulaires). Il est donc probable que le gène de protéine virale du gène soit l’origine du gène de la syncytine chez les humains.

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