Plasmide

Un plasmide sert à désigner en microbiologie ou en biologie moléculaire une molécule d'ADN différente de l'ADN chromosomique, capable de réplication autonome.



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Définitions :

  • Molécule d'ADN extrachromosomique capable de se répliquer indépendamment et portant des caractères génétiques non essentiels à la cellule hôte (source : fr.wiktionary)
  • Forme spécifique d'ADN (ADN en forme de cercle) qu'on retrouve chez les bactéries. (source : ogm.gouv.qc)
  • fragment d'ADN extrachromosomique circulaire fermé, rencontré chez les bactéries et certaines levures et pouvant se répliquer... (source : sebiv.ifrance)
Figure 1 : Schéma représentant une bactérie contenant des plasmides. 1 ADN chromosomique (bactérien) . 2 Plasmides.

Un plasmide sert à désigner en microbiologie ou en biologie moléculaire une molécule d'ADN différente de l'ADN chromosomique, capable de réplication autonome. Le terme plasmide fut introduit par le biologiste moléculaire américain Joshua Lederberg en 1952[1].

Les plasmides sont le plus souvent circulaires. Ils se trouvent quasi-exclusivement dans les bactéries, à l'exception notable du plasmide 2Mu qu'on trouve hébergé par le micro-organisme eucaryote Saccharomyces cerevisiæ (levure du boulanger).

Une cellule bactérienne peut en contenir une copie, pour les grands plasmides, ou des centaines pour des plasmides artificiels (fabriqués par génie génétique à des fins de clonage de gènes). Les bactéries en comportent le plus souvent 5 à 30 copies, les levures entre 50 et 100 exemplaires par cellule.

Plusieurs plasmides différents peuvent cœxister dans une même cellule sous condition de leur compatibilité mutuelle. Certains plasmides sont capables de s'intégrer aux chromosomes; on nomme ces plasmides des épisomes.

Les plasmides participent aux transferts horizontaux de gènes entre les populations bactériennes, et par conséquent à la dissémination des gènes conférant des avantages sélectifs (par exemple des résistances aux antibiotiques ou des facteurs de virulence). La mobilité des plasmides (par conjugaison) au sein des populations bactériennes accroît le spectre d'hôte des gènes impliqués dans la virulence. Ces gènes offrent en contrepartie un avantage sélectif pour le plasmide et les bactéries hôtes. On conçoit par conséquent la nature quasi-ubiquitaire et persistante des plasmides chez les bactéries pathogènes.

Réplication et transmission

Chaque plasmide contient au moins une séquence d'ADN qui sert d'origine de réplication, ou ori (un point de départ de réplication de l'ADN), permettant à l'ADN plasmidique d'être dupliqué indépendamment du chromosome bactérien ou saccharomycien (Figure 2), en utilisant la «machinerie» de la cellule hôte. Les plasmides peuvent être circulaires, ou quelquefois linéaires, présentant une ressemblance superficielle avec les chromosomes eucaryotes.

Comme les plasmides présents chez les bactéries ne portent généralement pas de gènes essentiels à la cellule procaryote, leur pérennité dans une lignée de bactéries dépend par conséquent de divers moyens de stabilisation des plasmides, laquelle résulte de divers processus de sélection et de conditions environnementales. De plus, les plasmides peuvent servir de synthétiseur pour les bactéries.

Les plasmides peuvent se transmettre d'une bactérie mère à une bactérie fille grâce à la conjugaison bactérienne par l'intermédiaire de pili sexuels. Lors de la division cellulaire, les plasmides se répartissent de façon complètement aléatoire (contrairement aux chromosomes) ainsi, même si la probabilité reste faible, il se peut qu'une des deux cellules filles ne possède aucun plasmide. La probabilité augmente avec la diminution du nombre de plasmides présents dans la cellule mère.

Icône de détail Article connexe : Stabilisation des plasmides.

Épisomes

Figure 3 : Comparaison de plasmides non-intégrants (en haut) et d'épisomes (en bas). 1 ADN chromosomique. 2 Plasmides. 3 Division cellulaire. 4 ADN chromosomique avec plasmides intégrés.

Un épisome est un plasmide qui peut s'intégrer dans l'ADN chromosomique de la cellule-hôte (Fig. 3). Par conséquent, il peut rester intact pendant de longues périodes, être dupliqué à chaque division cellulaire de l'hôte, et devenir partie intégrante de son patrimoine génétique. Le terme n'est plus en usage pour les plasmides, depuis qu'il a été établi qu'une région d'homologie avec le chromosome, comme un transposon, fait d'un plasmide un épisome. Dans les dispositifs mammifères, le terme épisome fait référence à un ADN circulaire (comme un génome viral) attaché au chromosome de la cellule-hôte de façon non-covalente.

Vecteurs

Existant à l'état naturel, les plasmides sont d'autre part particulièrement utilisés dans les laboratoires comme vecteur de clonage. Cette technologie est fréquemment utilisée en biologie moléculaire.

Les plasmides conjugatifs
Icône de détail Article détaillé : Conjugaison (génétique) .

Les plasmides conjugatifs sont les premiers plasmides qui ont été découverts chez la bactérie Escherichia coli dans les années 1950. On les nomme aussi facteurs de fertilité ou plasmides F. Ces plasmides confèrent à la bactérie hôte la capacité de synthèse de pili dit sexuels. Par l'intermédiaire de ces pili, la bactérie porteuse (donneuse) peut transférer une copie du plasmide F par processus de conjugaison bactérienne. Les plasmides F possèdent au minimum une origine de réplication et l'ensemble des gènes nécessaires à la synthèse des pili et du transfert du plasmide. Certains plasmides F sont des épisomes, c'est-à-dire qu'ils peuvent s'intégrer dans le génome chromosomique.

Les plasmides de résistance

Figure 2 : Schéma d'un plasmide codant la résistance à un antibiotique donné. 1 & 2 Gène (s) codant la (les) résistance (s). 3 Ori.

Les plasmides de résistance, nommés aussi plasmides ou facteurs R, codent des résistances aux antibiotiques ainsi qu'aux métaux lourds.

En 1959, au Japon, on a retrouvé chez les malades atteints de dysenterie bactérienne une insensibilité à tout traitement antibiotique. En réalité, la bactérie responsable, Shigella dysentariæ , portait des gènes de résistance à plusieurs antibiotiques toujours jamais rencontrés. Par la suite, on en a retrouvé chez d'autres bactéries (comme E. coli) et on a nommé ces plasmides R.

Ces plasmides peuvent protéger la cellule par différents moyens : La synthèse d'une protéine de résistance à la substance toxique : elle va neutraliser (en la dénaturant, hydrolysant, etc. ) l'activité toxique de la substance. Les plasmides peuvent aussi modifier les propriétés d'enveloppe de la cellule et la rendre imperméable à la substance toxique (comme c'est le cas pour les métaux lourds).

Les plasmides métaboliques

Les plasmides métaboliques portent des gènes donnant la possibilité l'utilisation de certains nutriments. Chez E. coli, les gènes portés par ces plasmides sont par exemple : l'utilisation du citrate comme source de carbone, la production de soufre, l'hydrolyse de l'urée. Chez les salmonelles on a observé la dégradation du lactose ce qui est complètement inhabituel chez ce genre bactérien. La majorité de ces plasmides codent la synthèse d'une ou de plusieurs enzymes.

Les plasmides de virulence

Il s'avère que les bactéries pathogènes hébergent fréquemment des plasmides conjugatifs qui participent à la pathogénicité. Les plasmides de virulence portent des gènes codant des facteurs de virulence, ayant un rôle dans le pouvoir pathogène des bactéries. Par exemple les Escherichia coli entérotoxigéniques (ETEC) responsable de la diarrhée du voyageur (ou tourista) hébergent au moins deux plasmides, l'un portant les gènes codant un facteur de colonisation, l'autre codant des toxines.

De même, les déterminants du pouvoir invasif des Shigella sont portés par un plasmide (pInv). Chez d'autres bactéries pathogènes (par exemple Salmonella), ces plasmides codent un complexe protéique localisé sur la paroi de la bactérie : c'est le complexe pili-adhésine autorise la bactérie d'adhérer sur des récepteurs hydrocarbonés localisés à la surface de certaines cellules eucaryotes surtout les entérocytes. Certains plasmides codent des facteurs tumorigènes ; c'est surtout les cas pour la «galle des végétaux» due à un plasmide T.

Les plasmides de bactériocines

Ces plasmides codent la synthèse d'une protéine extracellulaire dont la biosynthèse est létale pour la bactérie productrice mais aussi pour les autres bactéries non-productrices environnantes. Cependant, ces plasmides codent aussi une deuxième protéine intracellulaire de résistance à cette première toxine. Les bactériocines agissent sur des fonctions vitales de la bactérie.

Chez E. coli, on trouvera différentes catégories de bactériocines (colicines codées par les plasmides col) et par exemple le gène colE1 code une endonucléase et le gène colE3, une ribonucléase qui inactive les ribosomes.

Application en génie génétique

Application pour la production de molécule

On désire faire produire par des bactéries une certaine protéine (protéine d'intérêt). C'est par l'intermédiaire de plasmides qu'on introduira dans des cultures de bactéries un gène codant notre protéine d'intérêt et un gène de résistance à un antibiotique X. On sélectionnera les bactéries ayant intégré les plasmides en faisant pousser les colonies bactériennes sur un milieu contenant l'antibiotique X; les bactéries n'ayant pas intégré le plasmide ne se développeront pas. Cette technique est déjà largement utilisée pour la production de somatostatine, hormone de croissance, humaine. Avant la connaissance de cette méthode, l'hormone était récupérée sur les morts, génèrant de nombreux problèmes de transmission de pathologies non repérées sur les cadavres prélevés. Depuis que la production de celle-ci est effectuée par des bactéries modifiées génétiquement via les plasmides, les patients souffrant d'un déficit d'hormone de croissance peuvent bénéficier de ces protéines qui leur manquent sans ce risque de transmission inter-humaine. Des tests sont aussi en cours pour la production d'un médicament contre les troubles liés à la mucoviscidose, maladie génétique pour laquelle la biomédecine manque pour l'instant de soins efficaces.

Application pour le séquençage

Cette application est spécifiquement utile en génie génétique pour le séquençage d'ADN : l'ADN d'une cellule quelconque est complexe à séquencer car il dépasse fréquemment 40 000 Kb (1 Kilo base = 1 000 bases) et se trouve en faible quantité. Ainsi, pour rendre le séquençage plus facile, on découpe l'ADN à analyser et l'ADN plasmidique avec une enzyme de restriction, dans des conditions spécifiques; l'ADN à séquencer va s'intégrer dans l'ADN plasmidique et le plasmide sera transféré dans le hyaloplasme bactérien. Une fois mise en culture, la bactérie va répliquer l'ADN plasmidique (et par conséquent le fragment à séquencer) en grande quantité. Après avoir extrait l'ADN à séquencer, et éliminé le reste d'ADN plasmidique par des enzymes de restriction, on récupère les fragments d'ADN reproduits à plusieurs milliers d'exemplaires, qu'on peut désormais séquencer facilement.

Références

  1. J. Lederberg, 1952, Physiol. Rev. 32, 403-430

Liens externes

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 17/09/2009.
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