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Pourquoi les plasmides se répliquent-ils d'eux-mêmes ?

Pourquoi les plasmides se répliquent-ils d'eux-mêmes ?


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Je sais comment les plasmides peuvent se répliquer indépendamment du génome principal et je sais qu'ils confèrent diverses propriétés aux bactéries et sont utiles en conjugaison.

Ma question est la suivante : quel est l'avantage de la réplication des plasmides par eux-mêmes ? (Y aurait-il un inconvénient s'ils étaient plutôt contrôlés par le génome principal ?)


Dans les plasmides à grand nombre de copies, le plasmide a besoin d'une certaine densité pour pouvoir assurer sa fonction. Si une cellule donnée contient quelques dizaines de mollecules plasmidiques, et c'est sa densité optimale, le moyen le plus simple d'y parvenir est de réguler à la baisse la réplication par sa propre présence ou la présence d'un de ses composants. Cela permet également une ségrégation aléatoire lors de la division cellulaire, due essentiellement par simple diffusion. Il est également plus facile pour le plasmide d'atteindre sa densité optimale une fois qu'il est entré dans une nouvelle cellule par conjugaison ou transformation.

Les plasmides sont également sujets à la sélection, il est donc raisonnable de supposer que plus un plasmide est indépendant et contagieux, plus sa présence dans la population est importante. En fait, c'est une hypothèse raisonnable de supposer que de nombreux virus sont des plasmides parasites (de nombreux virus ont en fait une structure génomique similaire et partagent de nombreux traits avec eux).

Cependant, dans les plasmides avec un faible nombre de copies, les événements de réplication peuvent dépendre de la réplication du génome comme vous le décrivez (malgré le fait que de nombreux plasmides de ce type régulent toujours sa propre réplication par eux-mêmes). Dans ce cas, cependant, la ligne entre le plasmide et le chromosome est moins claire. Dans certains organismes, certains gros plasmides semblent faire partie de l'organisation génomique de la souche entière, et ils contiennent généralement des gènes importants. Ces plasmides se comportent comme des chromosomes normaux et ségrégent par les mêmes mécanismes que le reste du génome. Pour ces plasmides, les termes minichromosome et mégaplasmide sont utilisés, et le choix dépend généralement du type de gènes qu'il contient.


Il est également intéressant de penser que les plasmides peuvent être des morceaux d'ADN qui deviennent des "parasites" sur la cellule bactérienne qu'ils utilisent pour fournir des ressources pour se répliquer.


Numéro de copie de plasmide

En biologie cellulaire, le nombre de copies de plasmide est le nombre de copies d'un plasmide donné dans une cellule. Pour assurer la survie et donc la propagation continue du plasmide, ils doivent réguler leur nombre de copies. Si un plasmide a un nombre de copies trop élevé, il peut surcharger son hôte en occupant trop de machinerie cellulaire et en utilisant trop d'énergie. D'un autre côté, un nombre de copies trop faible peut entraîner la non-présentation du plasmide dans toute la descendance de leur hôte. Les plasmides peuvent être soit des plasmides à grand nombre de copies, soit des plasmides à faible nombre de copies, les mécanismes de régulation entre ces deux types sont souvent significativement différents. Les applications biotechnologiques peuvent impliquer l'ingénierie de plasmides pour permettre un nombre de copies très élevé. Par exemple, pBR322 est un plasmide à faible nombre de copies (

20 copies/cellule) dont plusieurs vecteurs de clonage à très grand nombre de copies (

1000 copies/cellule) ont été dérivées. [1]


Types d'origines de réplication

Il existe de nombreuses origines de réplication, donc, par souci de simplicité, nous avons ignoré celles utilisées dans les cellules eucaryotes et les virus et nous nous sommes concentrés uniquement sur celles trouvées dans les bactéries. Parmi les plus courants que vous pourriez voir, citons ColE1, pMB1 (qui se décline en quelques dérivés légèrement différents mais bien connus), pSC101, R6K et 15A. Toutes les origines de réplication ne sont pas égales. Certains produiront de nombreuses copies de plasmides et d'autres n'en produiront que quelques copies selon la façon dont ils sont régulés. Généralement, le contrôle de la réplication est qualifié de « détendu » ou de « rigoureux » selon que le ou Je est régulé positivement par l'ARN ou les protéines, respectivement. Le nombre de copies d'un plasmide est lié à l'équilibre entre la régulation positive et négative et peut être manipulé avec des mutations dans le réplicon. Par exemple, le pMB1 ou Je maintient environ 20 copies par cellule, tandis que pUC - qui ne diffère que de deux mutations - produira jusqu'à 700 copies par cellule.

Figure 1 : Une carte de plasmide montrant les caractéristiques standard d'un plasmide.

Alors, comment choisissez-vous? La scientifique principale d'Addgene, Marcy Patrick, explique que les chercheurs peuvent se poser quelques questions pour commencer :

  • Le plasmide sera-t-il utilisé exclusivement dans E. coli? Bactéries à Gram négatif en général ? Les Gram négatifs et les Gram positifs ?
  • Aurez-vous un seul type de plasmide dans vos cellules à la fois ?
  • Voulez-vous faire beaucoup de votre plasmide?
  • Le gène est-il toxique en grande quantité ? Il est toujours bon de garder à l'esprit que les plasmides avec des nombres de copies faibles à moyens peuvent toujours exprimer des quantités massives de protéines étant donné le promoteur et les conditions de croissance appropriés.

Plasmide - Définition, Structure, Propriétés, réplication, Numéro de copie, Types, Fonctions et applications

Le plasmide est un court, naturel extra chromosomique, généralement circulaire, ADN double brin molécule qui se réplique, de manière autonome et mène une existence indépendante dans la cellule bactérienne.

Le terme plasmide a été donné pour la première fois par Josué Lederberg en 1952.

Propriétés du plasmide :

• Le plasmide se trouve naturellement dans le cytoplasme, séparément du chromosome bactérien principal et sont beaucoup plus petites en comparaison.

• Les plasmides sont pour la plupart circulaires surenroulé négativement, molécule d'ADN double brin. Mais les plasmides linéaires sont également signalés dans les genres streptomycètes et Borrelia. Les plasmides à ARN sont également rares mais signalés chez quelques plantes, champignons et animaux.

• Les plasmides sont normalement Taille gamme de 1 Ko à 250 Ko qui est plus petit beaucoup plus petit que le chromosome bactérien.
• Les plasmides sont considérés comme réplicon. Ils se répliquent indépendamment et codent pour leur propre transfert (c'est-à-dire le site Ori présent).
Un plasmide plus petit utilise une machine de réplication de l'ADN de la cellule hôte.
Un plus grand gène porteur de plasmide pour des enzymes spéciales spécifiques à la réplication du plasmide.

• Certains sont des plasmides interogatifs appelés épisomes. Également capable de se répliquer en les insérant dans le chromosome bactérien et peut être maintenu de manière stable sous cette forme grâce à de nombreuses divisions cellulaires, mais montre existence indépendante à un certain stade.

Numéro de copie : Le nombre de plasmides dans une cellule bactérienne individuelle peut très (1-100 ou plus) indiqué par le nombre de copies.

• Les plasmides ne sont pas essentiels à la viabilité des cellules bactériennes. mais les gènes portés par les plasmides codent généralement pour des traits bénéfiques pour les bactéries. par exemple. résistance aux antibiotiques, résistance aux métaux lourds, facteurs de virulence, fixation de N2.

• Le plasmide fournit un mécanisme de transfert horizontal de gènes par conjugaison, transduction et transformation
Exemples de plasmides : Puc 8 (E.cli), R-1, R-6, Col E1 (E. coli), Tol (Pseudomonas putida).

Structure générale du plasmide :

Les éléments structurels des plasmides bactériens peuvent varier selon leur taille et leur fonction. Le plasmide a les éléments suivants -

Structure du plasmide

1. Origine de la réplication : séquence d'ADN qui code pour l'initiation de la réplication du plasmide en recrutant des machines de transcription bactériennes pour les enzymes de réplication et les protéines amp.

2. Gène de résistance aux antibiotiques : ces gènes offrent un avantage de survie à l'hôte bactérien et permettent la sélection de bactéries contenant des plasmides.

3. Site de clonage multiple : Segment court contenant plusieurs sites d'enzymes de restriction permettant une insertion facile d'ADN étranger.

4. Région du promoteur : Il pilote la transcription de l'insert étranger.

5. Marqueur sélectionnable : Il est utilisé pour sélectionner des cellules qui ont absorbé avec succès le plasmide dans le but d'exprimer l'ADN inséré.

6. Site de liaison de l'amorce : Il est utilisé comme point d'initiation pour l'amplification PCR ou le séquençage du plasmide.

Types de plasmide (basés sur la fonction) -

A. Fertilité ou plasmide F :

B. Résistance ou plasmide R:

C. Col plasmide :

D. Plasmide métabolique/dégradatif :

E. Plasmide de virulence :

F. Plasmide suicide :

Types de plasmide en fonction de leur capacité à se transférer à une autre bactérie -

B. Plasmide non conjugatif -
Ce plasmide incapable d'initier la conjugaison, ne peut donc être transféré qu'à l'aide d'un plasmide conjugatif (tra-, foule-) dans certaines circonstances.
Par exemple. beaucoup de plasmide R, la plupart de plasmide Col.

C. Plasmide mobilisable :
Il s'agit d'une classe intermédiaire de plasmides ne portant qu'un sous-ensemble de gènes (mob+) requis pour le transfert.
Ils parasitent un autre plasmide, transférant à haute fréquence en présence de plasmide conjugatif
(tra+, mob+).

Réplication plasmidique :

Les plasmides sont répliqués de manière autonome et contiennent également l'origine du site de réplication. Deux modèles sont proposés pour la réplication plasmidique -
1) Modèle Thêta :
2) Modèle de cercle roulant :

1). Modèle Thêta :

Réplication modèle thêta du plasmide

2). Modèle de cercle roulant :

Gamme d'hôtes :

Numéro de copie :

Le numéro de copie fait référence au nombre de plasmide molécules d'un individu.
Plasmide que l'on trouve normalement dans une seule cellule bactérienne.
Les plasmides sont classés en deux types en fonction du numéro de copie.
1). Plasmide rigoureux :
- C'est une grosse molécule plasmidique.
- avoir un faible numéro de copie. Il en présente 1 à 2 par alvéole.
2). Plasmide relaxé :
- Ces plasmides sont très petits.
- avoir un numéro de copie élevé. 50 ou plus par cellule.

Règlement du numéro de copie :

Le nombre de copies est régulé par des mécanismes de régulation négatifs et le taux d'ajustement de la réplication plasmidique.

1, par ARN antisens compteur transcrit l'ARN, - la réplication du plasmide est contrôlée en régulant la quantité d'amorce disponible pour la réplication.

2, Règlement liant les protéines de réplication aux introns (18-22 pb unités répétées). Quantité régulatrice de machines de réplication disponibles.

3, Règlement par ARN ct et la protéine, l'ARN contre-transcrit limite la fonction de la protéine de réplication essentielle.

Incompatibilité plasmidique :

L'incompatibilité est définie comme l'incapacité de deux plasmides étroitement liés à coexister stable dans la même cellule hôte.
Plusieurs types différents de plasmides peuvent être trouvés dans une seule cellule, y compris plus d'un plasmide conjugatif différent.
Pour pouvoir coexister dans une même cellule, différents plasmides doivent être compatibles.
Différents types de plasmides peuvent donc être affectés à différents groupes d'incompatibilité, selon qu'ils peuvent ou non coexister.

Groupe d'incompatibilité : deux plasmides qui ne peuvent coexister dans la même cellule bactérienne appartiennent à un groupe d'incompatibilité.

Pourquoi les plasmides sont incompatibles ?

Partitionnement :

C'est un processus actif qui garantit qu'après la division cellulaire, chaque cellule fille reçoit au moins une copie du plasmide.
- Plasmide relaxé chaque cellule fille après division peut obtenir une copie par diffusion ou ségrégation aléatoire.
- Plasmide rigoureux très probablement une cellule fille n'a pas reçu de plasmide pendant la ségrégation.

Par système ABS :- c'est un mécanisme moléculaire largement conservé pour la partition des plasmides et la ségrégation des chromosomes chez les bactéries.

Par ABS a 3 éléments -
Par A - ATPas
Par B - Protéine de liaison à l'ADN
Les deux se trouvent sur le même opéron.
normale S - séquence agissant en cis, située à l'intérieur ou à côté de cet opéron.

Confirmation des plasmides :

Fonctions/Utilisations du plasmide (en génie génétique) :

Avantages de l'utilisation du plasmide en génie génétique :

Plasmide chez les eucaryotes :

- plasmide circulaire qui est 6,3 kocirculaire trouvée dans la plupart des Saccharomyces cerevisiae souche.
- 50-100 copies par génome haploïde de levure.
- C'est le plasmide eucaryote le plus étudié.


Plasmides

Staphylococcus aureus est un pathogène opportuniste qui provoque des infections à la fois superficielles et invasives, telles que la septicémie, l'endocardite, la pneumonie et l'ostéomyélite. En raison de l'émergence fréquente de souches présentant une résistance aux antibiotiques codée par un plasmide, il est important de comprendre comment S. aureus les plasmides sont transférés et maintenus.

Le plasmide pSA564a appartient à la grande famille des plasmides de résistance à la &beta-lactamase/aux métaux lourds, que l'on peut également trouver dans les souches redoutées de SARM telles que S. aureus N315 et l'acquis communautaire S. aureus USA300. De nombreux plasmides de cette famille offrent une résistance à de multiples antibiotiques, avec pSK1 codant pour les gènes de résistance au triméthoprime, à l'ammonium quaternaire, à la gentamicine, à la tobramycine et à la kanamycine. Heureusement, ces plasmides semblent tous avoir une gamme d'hôtes très étroite, ce qui limite leur occurrence à S. aureus, et suggèrent l'existence d'un hôte-facteur nécessaire à leur réplication.

Un petit transcrit codé par un plasmide (ARN1) a été identifié comme antisens à la 5'-UTR du gène d'initiation de la réplication RepA dans pSK1 et pN315, et il a été démontré que cet ARN1 inhibe la traduction de la protéine RepA dans pSK1. Notre laboratoire a récemment découvert que la suppression de l'exoribonucléase J1 5' à 3' (RNase J1) entraîne la perte du pSA564a autrement maintenu de manière stable. En utilisant un vecteur qui se réplique indépendamment de l'origine de réplication de pSA564a, nous pouvons montrer que l'ARN1 s'accumule dans le mutant RNase J1, suggérant qu'une dégradation efficace de l'ARN1 est essentielle pour la réplication de pSA564a. Cette hypothèse a été encore renforcée par le clonage de la région codant pour l'ARN1 sur un plasmide multicopie, ce qui a conduit à l'élimination rapide de pSA564a. La RNase J1 est un acteur majeur dans la désintégration de l'ARN des bactéries Gram-positives, mais n'a pas d'orthologue en E. coli, expliquant peut-être pourquoi les plasmides de résistance à la lactamase/aux métaux lourds ont une gamme d'hôtes si étroite.

L'hélicase à boîte DEAD CshA et l'exonucléase 3' à 5' PNPase sont également des facteurs de dégradation de l'ARN, et il était donc surprenant qu'un triple mutant RNase J1, CshA, PNPase, bien qu'extrêmement malade, maintienne néanmoins la réplication de pSA564a.

Le séquençage complet du génome a été utilisé pour vérifier que pSA564a n'était pas intégré dans le chromosome du triple mutant, mais qu'il est bien conservé en tant qu'épisome, qui devrait dépendre de sa propre origine de réplication. Compléter le triple mutant avec CshA de type sauvage a conduit à la perte immédiate de pSA564a, alors qu'un mutant du site actif CshAK52A ne l'a pas fait, montrant que l'activité hélicase de CshA est un facteur important pour la réplication du plasmide.

Les travaux actuels sont axés sur la confirmation que la RNase J1 est nécessaire en tant que facteur hôte pour d'autres membres de la famille des plasmides pSA564a, et sur la détermination du chemin de dégradation médié par la RNase J1 du petit ARN1 régulateur. De plus, nous examinons le mécanisme moléculaire par lequel la délétion de CshA contrecarre les effets de la délétion de la RNase J1, et si CshA modifie directement la formation de structures secondaires au sein de l'ARN1, la cible 5'-UTR, ou l'interaction entre les deux .

Old is New?: Nouvel horizon de conjugaison dans la génération de la biologie synthétique.

Masakazu Kataoka
Université Shinshu, Nagano, Japon

Le transfert conjugatif de plasmides bactériens a été étudié du point de vue de la propagation de la résistance aux médicaments à l'hôpital et de l'évolution du génome bactérien par le transfert horizontal de gènes. De plus, le facteur F a largement contribué à la génétique des Eschericia coli, et le plasmide Ti a ouvert la porte de la biotechnologie végétale actuelle. Nous pensons que le transfert horizontal de gènes utilisant trois mécanismes principaux, la transformation, la transfection et la conjugaison, a augmenté la diversité génétique bactérienne. Le transfert conjugal a des caractéristiques appropriées pour la biologie synthétique puisque exempt de la capacité de transférer le grand ADN sans l'exposer dans l'eau. L'énorme information sur le génome de divers organismes a été accumulée par l'apparition du séquenceur de nouvelle génération et des ordinateurs haute performance. La biologie synthétique du génome conçu en utilisant l'énorme information doit être l'une des cibles de la biologie de la prochaine génération. Cependant, la manipulation et la méthode de clonage d'un grand fragment d'ADN sont encore difficiles et des espèces bactériennes limitées peuvent être utilisées pour la transformation artificielle. Nous avons essayé de résoudre ces difficultés en utilisant le transfert conjugal, un savoir relativement ancien. Lors de cette réunion du CSHL, j'aimerais présenter et discuter de nos trois récents défis pour gérer Streptomyces et Bacille bactéries.

Le transfert conjugal pour la manipulation du métabolisme secondaire de Streptomyces.
Nous utilisons trois techniques, le transfert conjugal entre les E. coli - Streptomyces utilisant le système RP4, l'insertion du grand fragment d'ADN sur plasmide linéaire par système actinophage, le transfert conjugal entre Streptomyces par le système de conjugaison de linéaire Streptomyces plasmide. Le système établi peut être utilisé pour améliorer diverses biosynthèses de nombreuses souches de Streptomyces sans développer le fonctionnement et la transformation des protoplastes.

Transmission à haute fréquence du génome de Streptomyces.
Nous avons développé le système de mobilisation du génome à haute fréquence chez Streptomyces. Le système a été réalisé par insertion de fragments de 4kb codant pour des gènes de transfert de plasmide de petite taille de type Streptomyces RCR nommé pSN22.

Optimisation par le transfert conjugal à Bacillus.
Nous avons optimisé le transfert conjugal intergenre entre E. coli et B. subtilis utilisant le système RP4. Nous nous attendons à ce que cette technique puisse être appliquée à des souches étroitement liées à B. subtilis avec des difficultés de transformation normale, y compris B. natto.

Aperçu du plasmidome de Zymomonas mobilis

Ersi Emmanouilidou 1 , NikosTaliouras 1 , Valia Tampakopoulou 1 , Karen Davenport 2 , David Bruce 3 , Chris Detter 2 , Roxanne Tapia 2 , Cliff Han 2 , Miriam L. Land 4 , Loren Hauser 4 , Yun-Juan Chang 4 , Chrongle Pan 4 , Vassili N. Kouvelis 1 , Lynne A. Goodwin 2 , Tanja Woyke 2 , Nikos C. Kyrpides 3 , Milton A. Typas 1 , et Katherine M. Pappas 1*
1 Département de génétique et biotechnologie, Faculté de biologie, Université d'Athènes, Panepistimiopolis, Athènes 15701, Grèce
2 DOE Joint Genome Institute, Division des sciences biologiques, Laboratoire national de Los Alamos, Los Alamos, Nouveau-Mexique 87545
3 DOE Joint Genome Institute, 2800 Mitchell Drive, Walnut Creek, Californie 94598
4 Laboratoire national d'Oak Ridge, Division des sciences biologiques, Oak Ridge, Tennessee 37831
* correspondant : [email protected]

Zymomonas mobilis est un organisme candidat pour la production de bioéthanol à grande échelle en raison de sa capacité à fermenter les sucres en éthanol plus rapidement que les levures et à des rendements finaux plus élevés. Pour comprendre la biologie de Z. mobilis, six souches différentes appartenant à ses principales sous-espèces, isolées de diverses parties du globe, sont séquencées au US Department of Energy - Joint Genome Institute en collaboration avec l'Université d'Athènes (CSP_788284 (DNAseq) CSP_52 (RNAseq) http:/ /jgi.doe.gov/why-sequence-zymomonas-mobilis-strains/). Les plasmides des souches examinées ont reçu une attention particulière et ont été séquencés deux fois pour chaque souche : une fois en termes de séquençage WGS et également à partir de matériel plasmidique fourni séparément. Tous Z. mobilis les souches abritent des plasmides dont le nombre varie de deux à huit par souche, dans des tailles allant de 1,6 kb à 53 kb, et totalisent souvent jusqu'à 8 % du génome d'une souche. Les plus petits plasmides sont à réplication en cercle roulant à nombre élevé de copies et certains sont mobilisables, ils conviennent à la génération de vecteurs de clonage et d'expression spécifiques à l'espèce. Les plus gros plasmides sont à réplication thêta et sont également importants pour la création de véhicules à faible nombre de copies pour l'introduction de gènes ou de bibliothèques. Sur les plus de 600 gènes annotés sur le séquençage Z. mobilis plasmides, les gènes d'intérêt contiennent des gènes impliqués dans le métabolisme de base, la formation de la structure, la régulation, la transposition, l'immunité (CRISPR) et la tolérance aux agents indésirables, ainsi que des gènes d'entretien. Parmi ces derniers, on distingue bien les gènes de réplication, de partitionnement actif et de toxine-antitoxine. Beaucoup de Z. mobilis les gènes plasmidiques sont spécifiques à la souche, tandis que d'autres ont des homologues dans différentes souches. Hormis les cas où des régions synténiques distinctes sont trouvées sur les plasmides de plus d'une souche, aucun plasmide particulier ne semble avoir été dispersé horizontalement et conservé entre les souches dans son intégralité. De plus, et malgré les nombreux éléments IS hébergés dans la plupart des souches, les chromosomes des souches ne semblent pas héberger de traces de matériel plasmidique. En fait, dans une souche (NCIMB 11163) une région de conjugaison entière est rencontrée sur le chromosome et non sur aucun de ses plasmides (ou tout autre plasmide de souche&aposs), en totalité ou en partie. Cela donne l'impression que le plasmidome de Z. mobilis est hautement conservé, ce qui est renforcé par le fait que des plasmides de différentes Z. mobilis souches ont été utilisées de manière constante au fil des ans à des fins de profilage des souches.

Etude du transfert de plasmides dans des matrices environnementales par des approches moléculaires

Xavier Bellanger, H&ecutelène Guilloteau, Christophe Merlin *
Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour l&aposEnvironnement, UMR 7564 Université Lorraine - CNRS, 15 avenue du Charmois, 54500 Vandoeuvre-lès-Nancy, Nancy, France
* correspondant : [email protected]

Le transfert de gènes de résistance aux antibiotiques médié par les plasmides est un sujet de préoccupation pour la santé publique, mais les environnements/conditions permissifs favorisant la dissémination des plasmides sont encore assez difficiles à identifier. Dernièrement, nous avons développé une approche moléculaire basée sur la PCR quantitative pour surveiller le devenir des plasmides connus dans les communautés microbiennes naturelles maintenues dans des microcosmes. Concrètement, il s'agit d'ensemencer des microcosmes avec une bactérie donneuse et de suivre l'évolution dans le temps à la fois du plasmide et des ADN hôtes initiaux. Le transfert conjugatif étant une forme intercellulaire de réplication de l'ADN, le rapport plasmide/ADN du donneur augmente dans l'ADN de la communauté lorsque le plasmide se dissémine par conjugaison dans la population indigène. Dans la mesure où des ensembles très spécifiques d'amorces et de sondes sont disponibles pour la quantification non ambiguë des ADN donneurs et plasmides, cette méthode présente l'avantage d'envisager le transfert de plasmides dans une large gamme de bactéries receveuses indigènes possibles, cultivables ou non, et il est suffisamment sensible pour détecter des événements de transfert rares sous une taille d'inoculum de donneur faible (mais réaliste). En utilisant la large gamme d'hôtes IncP-1&beta plasmide pB10 comme modèle, de telles expériences de transfert ont été réalisées dans diverses matrices environnementales des sédiments fluviaux, aux boues activées et au fumier. Ces expériences ont démontré que le transfert du plasmide pB10 capable de conjugaison dans des environnements complexes est relativement rare et dépend fortement de la matrice. La détection d'événements de transfert réussis dans une matrice environnementale donnée semble être liée à la stabilité initiale de l'inoculum du donneur. Selon la matrice considérée, la prédation eucaryote joue un rôle important en limitant ou en favorisant les événements de transfert de plasmide. Une tentative de lier la structure de la communauté microbienne et la permissivité de la matrice a montré que l'analyse TTGE n'est pas suffisamment résolue pour souligner les caractéristiques communes entre les communautés comparables soutenant le transfert de pB10. Cependant, une estimation de l'abondance des plasmides IncP-1&alpha/&beta par PCR quantitative a démontré que le transfert de pB10 a tendance à être soutenu par des matrices environnementales présentant une teneur plus élevée en plasmides IncP-1&alpha/&beta. Nous suggérons que l'abondance relative des plasmides IncP-1 dans une communauté microbienne donnée reflète sa permissivité au transfert de plasmides appartenant au même groupe d'incompatibilité, qui prévaut sur la limitation du transfert due au phénomène connu sous le nom d'immunité de surinfection.

Conjuguer ou ne pas conjuguer ? L'importance de la conjugaison dans la persistance des grands plasmides dépend fortement de l'hôte.

Porche A, Munck C, Sommer MO
Université technique du Danemark

On ne comprend pas bien comment les plasmides persistent dans des conditions non sélectives dans la nature 1 . Les premiers efforts pour répondre à cette question ont été menées dans les années 1970 grâce à la modélisation mathématique des populations portant des plasmides 2,3,4. Ces premiers modèles ont prédit un large éventail de conditions dans lesquelles les plasmides conjugatifs persisteront au moyen du seul transfert infectieux. Cependant, ils étaient souvent basés sur des paramètres obtenus in vitro en utilisant des souches de laboratoire et des plasmides 4,5. Alors que certains suggèrent que des taux de transfert élevés sont vitaux pour la survie des plasmides parasitaires, d'autres soutiennent que les taux de transfert prédits nécessaires ne sont pas réalisables, ni nécessaires, pour la persistance des plasmides dans la nature 6,7,8,9. Par conséquent, l'importance de la conjugaison dans la persistance des plasmides a été fortement débattue dans la communauté plasmidique 6,8,10.

Nous avons étudié les changements génétiques impliqués dans l'adaptation hôte-plasmide entre un plasmide BLSE clinique et différents E. coli et K. pneumoniae hôtes. En utilisant l'évolution adaptative et le séquençage ultérieur de la population, nous montrons que la charge imposée aux cellules naissantes recevant un plasmide conjugatif est principalement causée par la machinerie de transfert conjugaison elle-même et varie considérablement entre les hôtes. Nous suggérons que les variations dans la capacité de réguler les gènes impliqués dans la conjugaison sont la principale cause des différences observées dans le coût des plasmides, entraînant finalement la suppression de gènes non régulés. Ces observations mettent en évidence le compromis entre le transfert horizontal et vertical et indiquent que le coût de fitness, devant être compensé par la machinerie de conjugaison pour que le plasmide persiste, dépend fortement du contexte de l'hôte et que la machinerie de conjugaison peut être fortement défavorisé chez certains hôtes. Nos résultats ajoutent une couche supplémentaire de complexité à la discussion en cours concernant l'importance du transfert de conjugaison pour la persistance des plasmides dans diverses populations bactériennes.

Les références
1 Harrison, E. & Brockhurst, M. a. Le transfert horizontal de gènes à médiation plasmidique est un processus coévolutif. Tendances Microbiol. 20, 262-7 (2012).
2 Stewart, F. & Levin, B. La biologie des populations de plasmides bactériens : conditions a priori pour l'existence de facteurs transmis par conjugaison. Génétique 209-228 (1977).
3 Levin, B. R. & Stewart, F. M. Probabilité d'établir des plasmides chimériques dans des populations naturelles de bactéries. Science 196, 218-20 (1977).
4 Levin, B. R. DÉRÉPRESSION TRANSITOIRE ET L'ENTRETIEN. 483-497 (1986).
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6 Lili, L. N., Britton, N. F. & Feil, E. J. La persistance des plasmides parasites. Génétique 177, 399-405 (2007).
7 Bergstrom, C. T., Lipsitch, M. & Levin, B. R. Sélection naturelle, transfert infectieux et conditions d'existence des plasmides bactériens. Génétique 155, 1505–19 (2000).
8 Freter, R., Freter, R. R. & Brickner, H. Modèles expérimentaux et mathématiques de transfert de plasmide Escherichia coli in vitro et in vivo. Infecter. Immun. 39, 60-84 (1983).
9 Imran, M., Jones, D. & Smith, H. Biofilms et la question de la maintenance des plasmides. Math. Biosci. 193, 183-204 (2005).
10 Tazzyman, S. J. & Bonhoeffer, S. Probabilité de fixation d'éléments génétiques mobiles tels que les plasmides. Théor. Popul. Biol. 90, 49-55 (2013).


Les plasmides aident les bactéries à survivre au stress

Les plasmides ne contiennent que quelques gènes, mais ils font une grande différence pour leur bactérie hôte. Les gènes ne sont généralement pas essentiels à la survie quotidienne de la bactérie - au lieu de cela, ils aident la bactérie à surmonter des situations stressantes occasionnelles. Par exemple, de nombreux plasmides contiennent des gènes qui, lorsqu'ils sont exprimés, rendent la bactérie hôte résistante à un antibiotique (elle ne mourra donc pas lorsqu'elle est traitée avec cet antibiotique). D'autres plasmides contiennent des gènes qui aident l'hôte à digérer des substances inhabituelles ou à tuer d'autres types de bactéries.


Col Plasmides

Les plasmides Col confèrent aux bactéries la capacité de produire des protéines toxiques appelées colicines. Des bactéries telles que E. coli, Shigella et Salmonella utilisent ces toxines pour tuer d'autres bactéries et ainsi prospérer dans leurs environnements respectifs.

Il existe différents types de plasmides Col qui produisent différents types de colicines/colicines. Quelques exemples de plasmides Col comprennent Col B, Col E2 et E3. Leurs différences se caractérisent également par des différences dans leur mode d'action.

Par exemple, alors que Col B provoque des dommages à la membrane cellulaire d'autres bactéries (manquant le plasmide), il a été démontré que Col E3 induisait une dégradation des acides nucléiques des cellules cibles.

Comme les plasmides de fertilité, il a été démontré que certains des plasmides Col portent des éléments qui améliorent leur transmission d'une cellule à l'autre. Par conséquent, grâce à la conjugaison ou au processus d'accouplement, en particulier pour les cellules avec le facteur F (plasmides de fertilité), les plasmides Col peuvent être transférés d'une cellule (donneuse) à une autre (receveur).

En conséquence, le receveur acquiert la capacité de produire des toxines qui tuent ou inhibent la croissance des bactéries cibles dépourvues du plasmide.

* Les colicines/colicines appartiennent à un groupe de toxines connues sous le nom de bactériocines.

* Ces toxines affectent les bactéries cibles en affectant des processus tels que la réplication de l'ADN, la traduction et le métabolisme énergétique, entre autres.


D'où viennent les plasmides ? Et pourquoi sont-ils là ?

Alors récemment, nous avons parlé des plasmides dans mon cours de biologie et la première pensée qui m'est venue à l'esprit était pourquoi y a-t-il quelque chose d'aussi utile qui traîne en attendant qu'une bactérie le ramasse ? Je veux dire dans le contexte de tous les êtres vivants, cela semble avoir le moins de sens. De manière générale, la nature est aléatoire. Les mutations sont aléatoires et sont parfois utiles mais la plupart du temps nuisibles. Alors pourquoi y aurait-il quelque chose d'aussi bénéfique juste là-bas ? Pardonnez-moi si j'ai quelque chose d'incorrect, je ne suis qu'un étudiant en commerce, donc la biologie n'est pas exactement mon point fort.

Il est probable que les plasmides ont évolué au sein des bactéries, séparément du chromosome bactérien primaire (l'unité principale de transmission au sein des bactéries).

Les plasmides portent des gènes. Par exemple, un gène codant pour la résistance aux antibiotiques. Comme ils peuvent être transférés entre bactéries (le chromosome ne le peut pas), il est plus probable que les bactéries contenant ces plasmides survivent pour se reproduire et propager davantage le plasmide via un processus appelé conjugaison.

Les plasmides n'ont probablement pas évolué de la même manière qu'ils sont probablement apparus grâce à une série de mutations aléatoires - ce qui est le principe de base de l'évolution - une lente accumulation de mutations aléatoires bénéfiques pour l'hôte. Le fait que la plupart soient nocifs est la raison pour laquelle ce processus est si lent. (Cela et relecture ADN etc etc.).

Dernière année de premier cycle en bio moléculaire ici. Des références et des vérifications peuvent être fournies sur demande.

Aussi, s'il vous plaît laissez-moi savoir si vous avez besoin de plus amples éclaircissements, je suis conscient que cela n'a pas été formulé de manière étonnante.

Les plasmides sauvages se produisent naturellement comme des mini-chromosomes et peuvent porter des gènes qui aident une population bactérienne à survivre. Ils sont livrés avec des origines de réplication et des mécanismes de contrôle du nombre de copies.

Les plasmides biotechnologiques dont vous entendez parler dans les cours de première année sont des versions modifiées, utilisant parfois des blocs de construction de plusieurs plasmides sauvages différents. Commencer par l'origine de réplication de l'un, coller dans la résistance aux antibiotiques d'un autre pour pouvoir sélectionner les bactéries qui portent le plasmide, puis coller dans un promoteur et un terminateur et toutes les autres machines nécessaires pour obtenir un gène exprimé (souvent à partir du chromosome ou un virus/bactériophage). Et enfin, ajoutez un "site de clonage multiple" entièrement artificiel ou une chaîne de sites de coupure d'enzymes de restriction utiles afin que vous puissiez épisser votre gène préféré.

Les plasmides peuvent être des "éléments d'ADN égoïstes" avec des transposons et d'autres séquences d'ADN qui semblent exister simplement pour répliquer ses propres séquences. Le fait que les plasmides bactériens puissent porter des gènes de résistance aux antibiotiques est également égoïste si la cellule hôte peut mieux s'adapter à l'environnement, davantage de copies du plasmide seront réalisées. So in thinking about your question, look at the problem form the plasmid's point of view, not the cell's.

For instance, there is the postsegregational killing system (PSK) where a plasmid produces a poison that last a long time, and an antidote that lasts a short time. When a cell divides, if one daughter cell doesn't get the plasmid, the poison present in the cytoplasm will kill it. So the plasmid is killing any cells that don't carry it. You can read more about the PSK system on the R1 plasmid in E. coli on Wikipedia.

If you (or anyone reading this comment) is really interested in the origin of plasmids, you might check out Origin and Evolution of Plasmids by Clarence I. Kado (Antonie van Leeuwenhoek January 1998, Volume 73, Issue 1, pp 117-126) PDF available


Isolating DNA

The first step in making recombinant DNA is to isolate donor and vector DNA. General protocols for DNA isolation were available many decades before the advent of recombinant DNA technology. With the use of such methods, the bulk of DNA extracted from the donor will be nuclear genomic DNA in eukaryotes or the main genomic DNA in prokaryotes these types are generally the ones required for analysis. The procedure used for obtaining vector DNA depends on the nature of the vector. Bacterial plasmids are commonly used vectors, and these plasmids must be purified away from the bacterial genomic DNA. A protocol for extracting plasmid DNA by ultracentrifugation is summarized in Figure 12-2. Plasmid DNA forms a distinct band after ultracentrifugation in a cesium chloride density gradient containing ethidium bromide. The plasmid band is collected by punching a hole in the plastic centrifuge tube. Another protocol relies on the observation that, at a specific alkaline pH, bacterial genomic DNA denatures but plasmids do not. Subsequent neutralization precipitates the genomic DNA, but plasmids stay in solution. Phages such as λ also can be used as vectors for cloning DNA in bacterial systems. Phage DNA is isolated from a pure suspension of phages recovered from a phage lysate.

Figure 12-2

Plasmids such as those carrying genes for resistance to the antibiotic tetracycline (top left) can be separated from the bacterial chromosomal DNA. Because differential binding of ethidium bromide by the two DNA species makes the circular plasmid DNA (more. )


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During transformation, in genetic cloning using bacteria plasmids as vectors, do bacteria take in the new plasmid while their plasmid exits?

The bacteria used in cloning already have plasmids from my understanding. And when we insert a genetically altered plasmid, say for insulin production, and we instigate a transformation reaction the bacteria takes in the new plasmid. What happens to their old, original plasmid? It would be odd if they had two distinct plasmids, or at least I would guess it would be inefficient at producing insulin(in this case)

Why do you use wild type e.coli? I thought labs tended to just use mutants

Not all bacteria naturally contain plasmids. But I think you are more interested to know if bacteria can maintain multiple plasmids. La reponse courte est oui. Multiple plasmids can be maintained as long as there is selective pressure and the origin of replication on two plasmids are compatible.

In a lab selective pressure is generated by design plasmids with antibiotic resistance genes in addition to gene of interest (such as the insulin example of yours). So when you transform both plasmids and grow the cells on a media containing two corresponding antibiotics, only bacteria with both plasmids can survive. In nature selective pressure can be more complex based on the competition and available food sources.

Origin of replication is also important because plasmids are replicated by a process known as rolling circle replication. if two origin of replication sites are too similar, replication might fail due to two plasmids fusing at origin of replication sites.



Commentaires:

  1. Tretan

    N'êtes-vous pas l'expert?

  2. Shazshura

    Je pense qu'il a tort. Je suis sûr. Nous devons discuter. Écrivez-moi dans PM, parlez.

  3. Msrah

    Et la pensée folle?

  4. Gakree

    Maintenant tout est clair, merci pour l'explication.

  5. Farhan

    Crédible.

  6. Meinyard

    Je suis absolument d'accord avec vous. C'est une bonne idée. Je t'encourage.



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