Transduction latérale

Définition

La transduction latérale forme des particules de transduction lorsque l'empaquetage d'ADN commence à partir des sites pac authentiques de prophages qui ont retardé l'excision et sont toujours attachés au chromosome bactérien. La transduction latérale est inhérente au cycle de vie de l'archétype du phage Salmonella P22.

Types de transduction avec la transduction latérale :

Les trois mécanismes de transduction génétique : transduction généralisée (en haut), transduction spécialisée (centrale, au milieu) et transduction latérale (en bas). Dans la transduction latérale, la réplication thêta se produit avant l'excision du prophage.

Explications

La transduction latérale est le processus par lequel de très longs fragments d'ADN bactérien sont transférés à une autre bactérie. Jusqu'à présent, cette forme de transduction n'a été décrite que chez Staphylococcus aureus, mais elle peut transférer plus de gènes et à des fréquences plus élevées que la transduction généralisée et spécialisée.

Historiquement, on pensait que tous les transferts de gènes médiés par des phages intervenaient par l'un des deux mécanismes bien décrits : transduction généralisée et transduction spécialisée. Depuis leur découverte dans les années 1950, les transductions généralisée et spécialisée étaient jusqu'à présent les deux seuls mécanismes de transduction des phages. Avec la découverte récente de la transduction latérale, il existe maintenant trois modes de transduction phagique. La transduction des bactériophages voit apparaître des exemples non canoniques de transduction dans lesquels des îlots de pathogénicité exploitent des phages pour le transfert horizontal de gènes.

Le moment de l'excision du prophage s'avère être une partie non résolue de ce que l'on pensait être un cycle de vie bien défini du phage. Bien que la distinction entre l'excision précoce ou retardée du prophage puisse sembler mineure, elle a de profondes conséquences évolutives car seule cette dernière devrait entraîner une transduction latérale.

Découverte dans les types de transduction

Les modes de transduction généralisés et spécialisés sont généralement considérés comme des faux pas faits par des phages qui entraînent l'encapsidation de l'ADN de l'hôte. Les erreurs dans la reconnaissance du site pac sont relativement rares, et les erreurs dans l'excision du prophage encore plus, et celles-ci se reflètent dans les faibles fréquences de transfert de gènes hôtes normalement observées pour les deux mécanismes. Récemment, le troisième mécanisme de transduction, la transduction latérale, a été découvert dans les phages tempérés de Staphylococcus aureus. Contrairement à ses prédécesseurs, la transduction latérale ne semble pas être le résultat d'un processus de phage erroné. Au contraire, cela semble être une partie naturelle du cycle de vie des phages. La clé ici est que les prophages staphylococciques ne suivent pas un programme lytique typique mais excisent plutôt tard dans leur cycle de vie. Il en résulte un mode de transduction qui transfère l'ADN chromosomique bactérien à des fréquences au moins 1 000 fois supérieures à celles observées précédemment.

En détails

Le transfert de gènes médié par les phages est connu pour intervenir par trois mécanismes différents de transduction : spécialisé, généralisé et latérale.

Dans le premier, des particules de transduction spécialisées sont formées lorsque des molécules hybrides d'ADN viral et bactérien sont encapsidées à la suite d'événements aberrants d'excision de prophage. Le mécanisme est considéré comme spécialisé car il se limite au transfert de gènes bactériens immédiatement adjacents au prophage intégré.

Dans le second cas, des particules à transduction généralisée sont formées lorsque les terminases de type pac reconnaissent les homologues du site pac dans l'ADN de l'hôte et initient l'encapsidation par le mécanisme headful. Le mécanisme est considéré comme généralisé car tout ADN bactérien peut être conditionné et transféré de cette manière.

Dans la transduction latérale, des particules de transduction se forment lorsque l'encapsidation de l'ADN commence à partir des sites pac authentiques des prophages qui ont retardé l'excision et sont toujours attachés au chromosome bactérien. Le mécanisme capside remplit la première capside avec une partie du génome du prophage et se poursuit à travers le chromosome bactérien adjacent jusqu'à sept capsides successives ou plus. Pour éviter de diviser le génome viral intégré en deux, la réplication in situ bidirectionnelle (avant l'emballage de l'ADN) crée une redondance génomique suffisante pour permettre à la transduction latérale et à la maturation des phages de se dérouler en parallèle. Ensemble, cela se traduit par un mode de transduction qui produit des titres de phage normaux et transfère l'ADN chromosomique bactérien à des fréquences bien supérieures à celles observées précédemment pour les mécanismes connus de transfert de gènes hôtes. Il est important de noter que la transduction latérale a été décrite à l'aide de phages S. aureus, soulevant la question de savoir si ce mécanisme de transfert de gènes est exclusif à cette espèce ou répandu dans la nature.

Site PAC

Un PAC est chromosome artificiel dérivé de P1 est une construction d'ADN dérivée de l'ADN des bactériophages P1 et du chromosome artificiel bactérien. Le bactériophage P1 initie l'encapsidation processive de son ADN sur un site unique appelé PAC.

Salmonella

L'induction lysogène met fin à l'association stable entre un bactériophage et son hôte, et la transition vers le cycle lytique commence par l'excision précoce du prophage suivie de la réplication et de l'emballage de l'ADN (ERP). Ce programme temporel est considéré comme universel pour les phages tempérés de type P22, bien qu'il n'y ait aucune preuve directe pour étayer le moment et la séquence de ces événements.

Il a été rapporté que le programme ERP (réplication et emballage de l'ADN) de longue date est une observation du mutant inductible par la chaleur du phage P22 tsc229 de Salmonella favorisé expérimentalement, et que le P22 de type sauvage suit en fait le programme de réplication-emballage-excision. P22 tsc229 excise tôt après l'induction, mais que P22 retarde l'excision juste avant qu'elle ne nuise à la production de phages. Cela permet à P22 de s'engager dans une transduction latérale. Ainsi, à un coût minime pour lui-même, P22 a réglé le moment de l'excision pour équilibrer la propagation avec la transduction latérale, alimentant l'évolution de son hôte par transfert de gène dans l'intérêt de l'auto-préservation.

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