Bactéries (suite)

Métabolisme des Bactéries

Son intérêt est fondamental, car il existe une similitude de fonctionnement entre les Bactéries et les êtres supérieurs.

Utilisation des glucides

Le métabolisme énergétique a pour point de départ le glucose. Il est très complexe, mais l’on peut dire schématiquement que :
— le glucose se dégrade en acide pyruvique par la voie des hexoses diphosphates ou la voie des hexoses monophosphates ; l’acide pyruvique subit une décarboxylation ; ces réactions sont peu énergétiques (4 ATP [l’ATP, ou Adénosine TriPhosphate. fournit 11 à 13 kilocalories selon les conditions]) ;
— la phosphorylation oxydative, possible seulement en aérobiose, va permettre la formation de nouvelles molécules d’ATP par une succession de phénomènes d’oxydoréduction (34 ATP) ;
— ce métabolisme produit des chaînons carbonés et des molécules d’ATP qui vont être utilisables pour la synthèse des protéines.

Synthèse des protides

• Synthèse des acides aminés et des bases. L’utilisation des isotopes (C 14) permet de suivre la synthèse des acides aminés. On peut également étudier les étapes de la synthèse des protéines en bloquant les enzymes responsables de chacune d’entre elles (mutants bactériens nutritionnels). On connaît ainsi la séquence des réactions aboutissant aux acides aminés. La synthèse des bases puriques et pyrimidiques s’effectue à partir des acides aminés.

• Synthèse des acides nucléiques et des protéines. La Bactérie synthétise son propre ADN (c’est la replication de l’ADN). Les modalités de cette synthèse sont actuellement bien connues grâce à de nombreux travaux expérimentaux. Elle a lieu au niveau du ribosome. C’est l’ARN (acide ribonucléique) de transfert, qui transcrit l’information apportée de l’ADN au ribosome par l’ARN messager (soupçonné par François Jacob et Jacques Monod et mis en évidence par de nombreux travaux). Il existe sur l’ARN messager des séquences de trois bases (codon). Chaque ARN transfert vient à la rencontre d’une séquence de bases complémentaires sur l’ARN messager, s’y fixe en plaçant l’acide aminé dont il est porteur au point précis qu’il occupe dans la chaîne polypeptidique qui s’élabore. Lorsque la lecture est terminée, les acides aminés s’unissent et rompent leurs attaches nucléotidiques : la protéine est synthétisée. Plusieurs ribosomes effectuent simultanément la lecture du messager : plusieurs chaînes peuvent donc être synthétisées en même temps. Le rendement est très élevé.

Régulation de la synthèse protéique. Pour expliquer les variations de quantités de protéines synthétisées en fonction des conditions métaboliques, on fait intervenir un « répresseur cytoplasmique ». À côté des gènes structuraux, porteurs de l’information nécessaire à là synthèse, et du gène opérateur activant les gènes structuraux se trouvent des gènes régulateurs, responsables de la synthèse du répresseur. Le répresseur synthétisé est activé par le produit final de la voie de biosynthèse (acide aminé par exemple) et bloque la synthèse dès que le produit existe en quantité suffisante. On connaît également des systèmes où il existe une induction de la synthèse par inhibition du répresseur.

Génétique bactérienne

Du fait de la rapidité de leur multiplication, les Bactéries constituent un matériel de choix pour les études génétiques. Elles forment sous un petit volume d’énormes populations dont l’étude met en évidence l’apparition d’individus ayant des propriétés nouvelles. On explique ce phénomène grâce à deux processus communs à tous les êtres vivants : les variations du génotype, traduites par l’apparition brutale d’un caractère transmissible à la descendance, et les variations phénotypiques, dues au milieu et non transmissibles, qui ne relèvent pas à proprement parler de la génétique. Les variations du génotype peuvent relever de mutations, de transferts génétiques, voire de modifications extrachromosomiques.

Les mutations

Tous les caractères des Bactéries peuvent être l’objet de mutations, et être modifiés de plusieurs façons.

Les mutations sont rares : le taux de mutation varie de un sur 10³ à 10¹⁰. Les modifications apparaissent en une seule fois, d’emblée. Les mutations sont stables : un caractère acquis ne peut être perdu, sauf en cas de mutation réversible, dont la fréquence n’est pas toujours identique à celle des mutations primitives. Les mutations sont spontanées : elles ne sont pas induites, mais simplement révélées par l’agent sélecteur qui met en évidence les mutants. Les mutants, enfin, sont spécifiques : la mutation pour un caractère n’affecte pas un autre caractère.

L’étude des mutations a un intérêt fondamental. En effet, elle a une application considérable dans le problème de la résistance des Bactéries aux antibiotiques*. Elle a également une grande importance pour l’étude de la physiologie bactérienne.

Transferts génétiques

Ces processus sont réalisés par la transmission de caractères héréditaires d’une Bactérie donatrice à une Bactérie réceptrice. Il existe plusieurs mécanismes de transfert génétique.

Au cours de la transformation, la Bactérie réceptrice acquiert une série de caractères génétiques sous la forme d’un fragment d’ADN. Cette acquisition est héréditaire. Ce phénomène a été découvert en 1928 chez les pneumocoques.

Dans la conjugaison, l’échange de matériel génétique nécessite un contact entre les Bactéries donatrice et réceptrice. La qualité de donneur est liée à un facteur de fertilité (F) qui peut être perdu. Le transfert chromosomique se fait généralement à basse fréquence. Cependant, dans les populations F +, il existe des mutants capables de transférer les gènes chromosomiques à très haute fréquence.

La durée du contact entre Bactérie donatrice et Bactérie réceptrice conditionne l’importance du fragment chromosomique transmis. L’étude de la conjugaison a permis d’établir la carte chromosomique de certaines Bactéries. La conjugaison joue certainement un rôle dans l’apparition de la résistance des Bactéries aux antibiotiques.