Conjugaison (génétique) - Définition

Transfert du plasmide conjugatif

Le transfert entre les organismes donneur et accepteur de plasmide se fait en quatre grandes étapes :

• Reconnaissance entre donneur (F+) et accepteur (F-) grâce au pilus
• Transfert d'un des deux brins du plasmide
• Synthèse du brin complémentaire chez l'accepteur
• Recirculisation du plasmide chez l'accepteur

Reconnaissance et contact

La reconnaissance se fait par l'intermédiaire du pilus. Le pilus est une structure protéique qui sert de lien entre le donneur et l'accepteur. Il est synthétisé par le donneur en utilisant le code génétique présent sur le plasmide. Il est constitué de filaments protéiques (polymère de piline) et a la forme d'un tube creux.

Le pilus est essentiel pour l'initiation de l'agrégation donneur-récepteur. En effet, il y a une interaction entre le pilus et certaines protéines (protéine OMPA) présentes sur l'extérieur de la membrane de la bactérie acceptrice. Il s'agit de la phase de reconnaissance. Pour que le transfert se fasse, l'agrégation doit être stable durant 1 à 2 minutes. Pour cela des protéines spécifiques (de type adhésine) reconnaissent aussi les protéines OMPA sur la bactérie acceptrice et stabilisent l'ensemble. Sans l'aide de ces protéines le complexe ne tiendrait en place que 30 à 40 ms.

Une fois en place, le pilus sert à rapprocher les deux bactéries et à les amener au contact. Ce rapprochement se fait par dépolymérisation du milieu du pilus, raccourcissant ainsi le pont entre les deux bactéries et tirant les deux cellules l'une vers l'autre.

Une fois ce contact réalisé, il y a réorganisation du pilus qui se transforme en port de sécrétion. Le reste du pilus sert à perforer la membrane de l'accepteur afin de faire passer le plasmide.

Transfert

Une fois que l'agrégat des deux bactéries est stabilisé, il y a transfert d'un des deux brins du plasmide. Un ensemble de protéines va se former pour aider à ce processus : c'est le relaxosome. Le relaxosome contient les protéines nécessaires à la coupure de l'ADN, au désenroulement du brin (grâce à des hélicases) et au déplacement du brin vers le port de sécrétion. Il y a donc coupure simple brin du plasmide au niveau de son origine de transfert (oriT) puis, le brin va "glisser" vers la bactérie hôte dans le sens 5' vers 3'.

En même temps, du côté de la bactérie donneuse, le brin complémentaire est resynthétisé afin de garder un plasmide double brin.

Synthèse du brin complémentaire

Une fois introduite dans la bactérie acceptrice, l'ADN simple brin, très fragile, est stabilisé par des protéines (SSB). Il y a alors synthèse du brin complémentaire, afin de former un nouveau plasmide double brin. Cette synthèse se fait de façon discontinue. Des protéines primases synthétisent des amorces à partir desquelles les ADN polymérases pourront démarrer leur synthèse.

La recircularisation du nouveau plasmide se fait grâce à une protéine (relaxase) qui va permettre la jonction des deux bouts.

Régulations

Il existe plusieurs niveaux de régulation dans le phénomène de conjugaison. Il paraît par exemple nécessaire de réguler l’expression des gènes permettant la conjugaison. Les plasmides, dans leur bactérie hôte, ont leurs gènes de conjugaison réprimés par défaut puisqu'exprimer ces gènes alors que la bactérie ne peut pas ou n'a pas besoin de faire de conjugaison est un gaspillage d'énergie.

Il y a activation des gènes de conjugaison quand :

• la bactérie acceptrice reçoit un plasmide;
• la bactérie est soumise à un stress (nutritif, physique...);
• la bactérie arrive au terme d'un cycle biologique : le mécanisme de régulation est tel qu'un cycle se met en place avec des périodes de répression des gènes et des périodes d'activations.

L'activation des gènes de conjugaison entraîne un compte à rebours vers leur inactivation. Les bactéries sont donc momentanément capables de conjugaison puis perdent cette capacité avant la prochaine stimulation. Le phénomène de conjugaison dans une population bactérienne se fait donc par poussée invasive violente.

Exclusion donneur/donneur

La synthèse du pilus et l'initiation de la conjugaison sont des processus très coûteux en énergie pour la bactérie. Si la cellule avec laquelle la bactérie donneuse entre en contact possède déjà un plasmide, cette dépense d'énergie est inutile. C'est pour cela que certains systèmes se sont mis en place afin d'éviter la conjugaison entre deux donneurs.

Le premier système est l'exclusion de surface.
Si un plasmide est présent dans une bactérie, celui-ci permet le codage de lipoprotéines de la membrane externe (TRAT). Ces protéines sont semblables aux protéines OMPA qui servent de message signal et sur lesquelles le pilus peut se fixer afin d'initier l'agrégation. La différence est qu'elles ont une affinité pour le pilus supérieur que les protéines OMPA et qu'une fois le pilus fixé, le processus de conjugaison est arrêté.
Ce système permet à lui seul de diviser par 10 à 20 fois les contacts pilus-OMPA.

Le deuxième système est l'exclusion d'entrée. Ici, une protéine de la membrane interne (TRAS) va bloquer le passage des signaux envoyés par le donneur (signal de mobilisation) après l'agrégation. Ces signaux sont nécessaires au bon déroulement de la conjugaison et le blocage de ces signaux arrête la conjugaison.
Ce système permet à lui seul de diviser par 100 à 200 fois les cas de transferts entre deux bactéries donneuses.