Reproduction bactérienne et fission binaire

Les bactéries sont des organismes procaryotes qui se reproduisent de manière asexuée. La reproduction bactérienne se produit le plus souvent par une sorte de division cellulaire appelée fission binaire. La fission binaire implique la division d'une seule cellule, ce qui entraîne la formation de deux cellules génétiquement identiques. Afin de saisir le processus de fission binaire, il est utile de comprendre la structure cellulaire bactérienne.

Points clés à retenir

• La fission binaire est le processus par lequel une seule cellule se divise pour former deux cellules génétiquement identiques l'une à l'autre.
• Il existe trois formes de cellules bactériennes courantes: en forme de tige, sphérique et en spirale.
• Les composants cellulaires bactériens courants comprennent: une paroi cellulaire, une membrane cellulaire, le cytoplasme, des flagelles, une région nucléoïde, des plasmides ainsi que des ribosomes.
• La fission binaire comme moyen de reproduction présente un certain nombre d'avantages, dont le principal est la capacité de se reproduire en grand nombre à un rythme très rapide.
• Étant donné que la fission binaire produit des cellules identiques, les bactéries peuvent devenir plus variées génétiquement par recombinaison, ce qui implique le transfert de gènes entre les cellules.

Structure cellulaire bactérienne

Les bactéries ont des formes cellulaires variables. Les formes de cellules bactériennes les plus courantes sont sphériques, en forme de tige et en spirale. Les cellules bactériennes contiennent généralement les structures suivantes: une paroi cellulaire, une membrane cellulaire, un cytoplasme, des ribosomes, des plasmides, des flagelles et une région nucléoïde.

• Paroi cellulaire: Un revêtement extérieur de la cellule qui protège la cellule bactérienne et lui donne forme.
• Cytoplasme: Une substance semblable à un gel composée principalement d'eau qui contient également des enzymes, des sels, des composants cellulaires et diverses molécules organiques.
• Membrane cellulaire ou membrane plasmique: Entoure le cytoplasme de la cellule et régule le flux de substances entrant et sortant de la cellule.
• Flagella: Longue saillie en forme de fouet qui facilite la locomotion cellulaire.
• Ribosomes: Structures cellulaires responsables de la production de protéines.
• Plasmides: Structures d'ADN circulaires porteuses de gènes non impliquées dans la reproduction.
• Région nucléoïde: Zone du cytoplasme qui contient la seule molécule d'ADN bactérien.

Fission binaire

Il s'agit d'une micrographie électronique à transmission (TEM) colorée d'une bactérie E. coli aux premiers stades de la fission binaire. Crédit: CNRI / Getty Images

La plupart des bactéries, y compris Salmonella et E. coli, reproduire par fission binaire. Au cours de ce type de reproduction asexuée, la molécule d'ADN unique se réplique et les deux copies se fixent, à différents points, à la membrane cellulaire. À mesure que la cellule commence à croître et à s'allonger, la distance entre les deux molécules d'ADN augmente. Une fois que la bactérie double à peu près sa taille d'origine, la membrane cellulaire commence à se pincer vers l'intérieur au centre. Enfin, une paroi cellulaire se forme qui sépare les deux molécules d'ADN et divise la cellule d'origine en deux cellules filles identiques.

Cette image montre des bactéries se développant de façon exponentielle dans une boîte de Pétri. Une seule colonie peut contenir des billions de bactéries. Wladimir Bulgar / Photothèque scientifique / Getty Images

Il y a un certain nombre d'avantages associés à la reproduction par fission binaire. Une seule bactérie est capable de se reproduire en grand nombre à un rythme rapide. Dans des conditions optimales, certaines bactéries peuvent doubler leur population en quelques minutes ou heures. Un autre avantage est que vous ne perdez pas de temps à chercher un partenaire car la reproduction est asexuée. De plus, les cellules filles résultant de la fission binaire sont identiques à la cellule d'origine. Cela signifie qu'ils sont bien adaptés à la vie dans leur environnement.

Recombinaison bactérienne

La fission binaire est un moyen efficace pour les bactéries de se reproduire, mais ce n'est pas sans problème. Étant donné que les cellules produites par ce type de reproduction sont identiques, elles sont toutes sensibles aux mêmes types de menaces, telles que les changements environnementaux et les antibiotiques. Ces dangers pourraient détruire une colonie entière. Afin d'éviter de tels dangers, les bactéries peuvent devenir plus variées génétiquement par recombinaison. La recombinaison implique le transfert de gènes entre les cellules. La recombinaison bactérienne est réalisée par conjugaison, transformation ou transduction.

Conjugaison

Certaines bactéries sont capables de transférer des morceaux de leurs gènes à d'autres bactéries avec lesquelles elles entrent en contact. Pendant la conjugaison, une bactérie se connecte à une autre via une structure de tube protéique appelée pilus. Les gènes sont transférés d'une bactérie à l'autre à travers ce tube.

Transformation

Certaines bactéries sont capables d'absorber l'ADN de leur environnement. Ces restes d'ADN proviennent le plus souvent de cellules bactériennes mortes. Pendant la transformation, la bactérie se lie à l'ADN et le transporte à travers la membrane cellulaire bactérienne. Le nouvel ADN est ensuite incorporé dans l'ADN de la cellule bactérienne.

Transduction

La transduction est un type de recombinaison qui implique l'échange d'ADN bactérien par le biais de bactériophages. Les bactériophages sont des virus qui infectent les bactéries. Il existe deux types de transduction: la transduction généralisée et la transduction spécialisée.

Une fois qu'un bactériophage s'attache à une bactérie, il insère son génome dans la bactérie. Le génome viral, les enzymes et les composants viraux sont ensuite répliqués et assemblés au sein de la bactérie hôte. Une fois formés, les nouveaux bactériophages lysent ou ouvrent la bactérie, libérant les virus répliqués. Au cours du processus d'assemblage, cependant, une partie de l'ADN bactérien de l'hôte peut être enfermé dans la capside virale au lieu du génome viral. Lorsque ce bactériophage infecte une autre bactérie, il injecte le fragment d'ADN de la bactérie précédemment infectée. Ce fragment d'ADN est ensuite inséré dans l'ADN de la nouvelle bactérie. Ce type de transduction est appelé transduction généralisée.

En transduction spécialisée, des fragments de l'ADN de la bactérie hôte sont incorporés dans les génomes viraux des nouveaux bactériophages. Les fragments d'ADN peuvent ensuite être transférés à toute nouvelle bactérie que ces bactériophages infectent.

Sources

• Reece, Jane B. et Neil A. Campbell. Campbell Biology. Benjamin Cummings, 2011.