Bacterial mutations and variation

1. VARIATIONS ET
MUTATIONS
BACTERIENNES

2. PLAN
GENERALITES
VARIATIONS BACTERIENNES
MUTATIONS BACTERIENNES

3. GENERALITES
Les bactéries se sont manifestées dans la nature par des variations qui sont de deux types:
- les variations phénotypiques
- les variations génotypiques
On désigne par le terme phénotype, l’ensemble des propriétés observables d’un organisme
On désigne par génotype, le potentiel génétique d’un organisme contenu dans l’ADN cellulaire.

4. VARIATIONS PHENOTYPIQUES
Encore appelé adaptations ou somations, elles désignées par les caractères communs qui
permettent de les définir à savoir:
- elles affectent l’ensemble de la population
-elles sont induites par les conditions de l’environnement (milieu, température, pH, atmosphère)
- elles sont réversibles et disparaissent dès que l’agent inducteur est supprimé.

5. Exemples
 les Streptocoques: la culture de streptocoques in vitro donne sur milieu simple, de petites
colonies et des colonies plus grosses sur milieu enrichie. Cultivé en anaérobiose, ils donnent de
plus grosses colonies qu’en aérobiose.
S salivarius cultivé sur gélose enrichie (gélose au sang) donne de petites colonies dites alpha et
sur milieu hyper saccharosée, les colonies sont plus grosses, muqueuses et recouvertes d’un
halot due à la synthèse d’une capsule de levane.
Pigment: la pigmentation est plus nette lorsque les bactéries sont cultivées à une température
inférieure à 30°C chez: Staphylococcus, Pseudomonas aeruginosa, Serratia qui sont colorés en
rouge.
La composition du milieu joue aussi un rôle surtout pour Pseudomonas aeruginosa et est
utilisée dans le cadre de son identification. Le milieu King A met en évidence la pyocyanine bleu
et le milieu King B met en évidence, la pyoverdine verte.

6.  La mobilité: Listeria monocytogenes est une bactérie mobile à 22°C et immobile à 37°C. P
vulgaris et P mirabilis ont la propriété de donner des cultures en nappes ceci du fait de la
présence d’un gène particulier qui s’exprime en présence de bromo crésol pourpre (BCP).
L’expression de ce gène est inhibé en présence de gélose lactosée.
Enzymes: la bétagalactosidase de E coli est une enzyme inductible et élaborée en grande
quantité en présence de lactose. La pénicillinase de S. aureus est induite par les bétalactamines.
Antigènes: Salmonella typhi synthétise l’antigène Vi lorsqu’il est cultivé à 37°C.
Ces variations concernent l’ensemble de la population bactérienne étudié. Elle est due à
l’expression d’un potentiel génétique stable lorsque les conditions de culture permettent cette
expression.

7. VARIATIONS GENOTYPIQUES
Les variations génotypiques sont des modifications au niveau du génome chromosomique ou
extra chromosomique de la bactérie.
Les modifications chromosomiques peuvent être effectués:
- sans apport d’ADN étranger: ce sont des mutations
- avec apport d’ADN étranger et suivie:
* soit d’une recombinaison génétique: c’est la conjugaison, la transformation bactérienne ou la
transduction bactérienne
* soit d’une recombinaison illégitime: c’est l’insertion, la transposition, la conjugaison
lysogénique

8. Au niveau de l’ADN extra chromosomique la modification peut s’effectuer par:
- acquisition de plasmide
- perte de plasmide
- mutation de plasmide

9. Mutation Chromosomique
Une mutation se définie comme une altération spontanée et stable de la séquence des bases
nucléotidiques de l’ADN.
Le choix des bactéries pour l’étude des mutations est due aux propriétés suivantes:
les bactéries sont des êtres unicellulaires, haploïdes ne possédant pas de caractères récessifs,
à multiplication très rapide (20mn pour certaines espèces) et équipement enzymatique très
important. Et certaines mutations sont létales. C’est pour ces raisons que les généticiens
préfèrent les bactéries.

10. Les Principales Mutations
 Au niveau morphologique: On peut observé, au niveau de la structure bactérienne:
- la disparition de la paroi bactérienne avec apparition de formes L
-La disparition des flagelles entrainant l’apparition des formes immobiles pour des bactéries
mobiles
-La disparition de la capsule avec apparition de formes acapsulées
-La disparition de la propriété de former des spores avec apparition de mutants asporogènes
-Les mutations S-R concernent principalement les bactéries gram négatives et ont été appelées;
dissociation.
-Les bactéries R sont rugueuses alors que les bactéries S sont humides muqueuses et lisses. Cette
mutation S-R est due à la perte de l’antigène O. Et pour les bactéries du genre Salmonella, le
sérotypage n’est plus possible et les bactéries sont auto agglutinables.

11. Les mutations S-R concernent aussi les pneumocoques avec les formes S capsulées et les formes
R non capsulées. Ce phénomène entraine pour les bactéries R, une perte de virulence et de la
possibilité d’être sérotypée.
Modifications biochimiques et nutritionnelles: les mutations génétiques interviennent au
niveau du pouvoir de synthèse ou de modification du substrat.
Au niveau du pouvoir de synthèse: les mutations interviennent par l’acquisition ou la perte
d’une exigence nutritionnelle. Ainsi, une bactérie n’exigent pas de facteurs de croissance c’est-à-
dire prototrophe (sauvage) peut devenir auxotrophe (mutante), c’est-à-dire nécessitant pour sa
croissance un apport en facteur de croissance qui peuvent être: des acides aminés, des
vitamines, des facteurs de croissance.
Le pouvoir de dégradation est observable dans les galeries biochimique d’identification. Ainsi,
une bactérie lactose + peut devenir lactose-

12. Sur les mécanismes de régulation: Il peut exister des mutants de régulation qui en absence de
lactose par exemple entraine une augmentation de la synthèse de bétagalactosidase.
Mutations vis-à-vis des agents antimicrobiens. Cette mutation se manifeste à partir d’une
population bactérienne primitivement sensible puis apparaissent des mutants de colonies qui
ont développé une résistance vis-à-vis de l’antibiotique. Cette propriété des bactéries s’observe
aves les bactéries et certains antibiothiques à taux de mutation élevé.
On a aussi décrit des mutants résistants aux bactériophages et aussi des mutants de virulence.

13. CARACTERES D’UNE MUTATION
Cinq caractères sont utilises pour définir une mutation
* la rareté car, pour étudier une mutation, il faut partir d’une population élevée de bactéries;
Pour définir le taux de mutation, on recherche la probabilité de voir apparaitre une bactérie
mutante au cours d’une génération. Cette probabilité varie de 10 ⁻⁵ à 10⁻ⁱ⁰ et voisin de 10 ⁻⁸ et
10 ⁻⁹ . Elle est caractéristique pour une souche bactérienne et pour un caractère donné. On peut
augmenter le taux de mutation à l’aide d’agents physiques (Rayons X, chaleur, Ultra violet) ou
chimiques ( acide nitreux, hypérites, nitroso guanidine, analogues puriques et pyrimidiques,
acrydine orange).
* la spontanéité
* la discontinuité car, la modification s’effectue en une seule étape, il n’y a pa de mutations
progressives, c’est la loi du tout ou rien.
* la stabilité car, lorsqu’il y a mutation d’un caractère de la bactérie mère, les bactéries filles sont
aussi mutés ce qui implique une transmission génétique.

14. Il n’existe pas de mutations reverses. La réversion d’une mutation est due à une autre mutation.
* la spécificité: la mutation n’affecte qu’un seul caractère bien définie, la probabilité d’une
mutation double est égale au produit de probabilité de deux mutations simples indépendantes.

15. MECANISMES MOLECULAIRES
Chaque acide aminé est codé par un codon triplé de bases. Dans le cadre des bactéries, on
utilises des mutations génétiques touchant un seul gène ou un site. On dispose de différentes
modifications:
- la perte d’un fragment de chromosome est appelé délétion
- l’acquisition d’un fragment de chromosome est appelée addition ou insertion
- le changement d’une base nucléotidique est appelé mutation ponctuelle.
Dans le cadre des délétions, on distingue des microdélétions et des macrodélétions qui elles
sont létales. La plus grande délétion connue pour E coli est de 1% du chromosome. Les macro
délétions sont irréversibles.
Du point de vue des additions, les macro additions sont difficilement démontrables et les micro
additions sont observables lors d’utilisation d’agents mutants types acrydine.

16. Du point de vue des mutations ponctuelles, le remplacement:
d’une base purique par une base purique ou d’une pyrimidine par une pyrimidine est appelé une
transition
D’une purine par une pyrimidine est appelée transversion.
Lorsqu’il y a addition ou délétion, il y a déplacement du cadre de lecture de l’ADN ce qui entraine un
changement de tous les codons et par conséquence de tous les acides aminés
Lorsqu’on remplace un codon par un autre codon, on obtient deux possibilités
- L’acide aminé est modifié
- l’acide aminée n’est pas modifiée
La modification est liée à l’importance de l’acide aminée;

17. Les codons:
- UAA pour ocre
- UAC pour ombre
- UGA pour Azur
Sont des codons stop qui donnent le signal de fin de lecture entrainant l’arrêt de la synthèse de
la protéine qui est plus petite que prévue et correspond à une délétion (la protéine est
tronquée).