Contrairement aux eucaryotes, les bactéries n'ont pas de noyau formé, mais leur ADN n'est pas dispersé dans la cellule, mais concentré dans une structure compacte appelée nucléoïde. En termes fonctionnels, c'est un analogue fonctionnel d'un appareil nucléaire.
Qu'est-ce qu'un nucléoïde
Un nucléoïde bactérien est une région de leurs cellules qui contient du matériel génétique structuré. Contrairement au noyau eucaryote, il n'est pas séparé par une membrane du reste du contenu cellulaire et n'a pas de forme permanente. Malgré cela, l'appareil génétique des bactéries est clairement séparé du cytoplasme.
Le terme lui-même signifie "semblable à un noyau" ou "région nucléaire". Cette structure a été découverte pour la première fois en 1890 par le zoologiste Otto Buchli, mais ses différences avec l'appareil génétique des eucaryotes ont déjà été identifiées au début des années 1950 grâce à la technologie de la microscopie électronique. Le nom "nucléoïde" correspond au concept de "chromosome bactérien", si ce dernier est contenu dans une cellule en un seul exemplaire.
Nucleoid n'inclut pas les plasmides quisont des éléments extrachromosomiques du génome bactérien.
Caractéristiques des nucléoïdes bactériens
Habituellement, le nucléoïde occupe la partie centrale de la cellule bactérienne et est orienté le long de son axe. Le volume de cette formation compacte ne dépasse pas 0,5 microns3, et le poids moléculaire varie de 1×109 à 3×109 d altons. À certains points, le nucléoïde est lié à la membrane cellulaire.
Le nucléoïde bactérien contient trois composants:
- ADN.
- Protéines structurelles et régulatrices.
- ARN.
L'ADN a une organisation chromosomique différente de celle des eucaryotes. Le plus souvent, le nucléoïde bactérien contient un chromosome ou plusieurs copies de celui-ci (avec une croissance active, leur nombre atteint 8 ou plus). Cet indicateur varie en fonction du type et du stade du cycle de vie du micro-organisme. Certaines bactéries ont plusieurs chromosomes avec différents ensembles de gènes.
Au centre du nucléoïde, l'ADN est assez serré. Cette zone est inaccessible aux ribosomes, aux enzymes de réplication et de transcription. Au contraire, les boucles désoxyribonucléiques de la région périphérique du nucléoïde sont en contact direct avec le cytoplasme et représentent des régions actives du génome bactérien.
La quantité de composant protéique dans le nucléoïde bactérien ne dépasse pas 10 %, soit environ 5 fois moins que dans la chromatine eucaryote. La plupart des protéines sont associées à l'ADN et participent à sa structuration. L'ARN est un produittranscription des gènes bactériens, qui s'effectue à la périphérie du nucléoïde.
L'appareil génétique des bactéries est une formation dynamique capable de changer de forme et de conformation structurelle. Il lui manque les nucléoles et l'appareil mitotique caractéristiques du noyau d'une cellule eucaryote.
Chromosome bactérien
Dans la plupart des cas, les chromosomes nucléoïdes bactériens ont une forme d'anneau fermé. Les chromosomes linéaires sont beaucoup moins courants. Dans tous les cas, ces structures consistent en une seule molécule d'ADN, qui contient un ensemble de gènes nécessaires à la survie des bactéries.
L'ADN chromosomique est complété sous forme de boucles superenroulées. Le nombre de boucles par chromosome varie de 12 à 80. Chaque chromosome est un réplicon à part entière, car lors du doublement, l'ADN est entièrement copié. Ce processus commence toujours à partir de l'origine de la réplication (OriC), qui est attachée à la membrane plasmique.
La longueur totale d'une molécule d'ADN dans un chromosome est supérieure de plusieurs ordres de grandeur à la taille d'une bactérie, il devient donc nécessaire de l'emballer, mais tout en maintenant une activité fonctionnelle.
Dans la chromatine eucaryote, ces tâches sont effectuées par les principales protéines - les histones. Le nucléoïde bactérien contient des protéines de liaison à l'ADN qui sont responsables de l'organisation structurelle du matériel génétique et affectent également l'expression des gènes et la réplication de l'ADN.
Les protéines associées aux nucléoïdes incluent:
- protéines de type histone HU, H-NS, FIS et IHF;
- topoisomérases;
- protéines de la famille SMC.
Les 2 derniers groupes ont la plus grande influence sur le superenroulement du matériel génétique.
La neutralisation des charges négatives de l'ADN chromosomique est réalisée par des polyamines et des ions magnésium.
Le rôle biologique du nucléoïde
Tout d'abord, le nucléoïde est nécessaire aux bactéries pour stocker et transmettre l'information héréditaire, ainsi que pour la mettre en œuvre au niveau de la synthèse cellulaire. En d'autres termes, le rôle biologique de cette formation est le même que celui de l'ADN.
Les autres fonctions nucléoïdes bactériennes incluent:
- localisation et compactage du matériel génétique;
- emballage d'ADN fonctionnel;
- régulation du métabolisme.
La structuration de l'ADN permet non seulement à la molécule de s'adapter à une cellule microscopique, mais crée également les conditions nécessaires au déroulement normal des processus de réplication et de transcription.
Les caractéristiques de l'organisation moléculaire du nucléoïde créent des conditions pour le contrôle du métabolisme cellulaire en modifiant la conformation de l'ADN. La régulation se produit en bouclant certaines sections du chromosome dans le cytoplasme, ce qui les rend disponibles pour les enzymes de transcription, ou vice versa, en les attirant.
Méthodes de détection
Il existe 3 façons de détecter visuellement un nucléoïde dans une bactérie:
- microscopie optique;
- microscopie à contraste de phase;
- microscopie électronique.
Selon la méthodela préparation de la préparation et la méthode de recherche, le nucléoïde peut sembler différent.
Microscopie optique
Pour détecter un nucléoïde à l'aide d'un microscope optique, les bactéries sont préalablement colorées afin que le nucléoïde ait une couleur différente du reste du contenu cellulaire, sinon cette structure ne sera pas visible. Il est également obligatoire de fixer les bactéries sur une lame de verre (dans ce cas, les micro-organismes meurent).
À travers la lentille d'un microscope optique, le nucléoïde ressemble à une formation en forme de haricot avec des limites claires, qui occupe la partie centrale de la cellule.
Méthodes de coloration
Dans la plupart des cas, les méthodes de coloration suivantes pour les bactéries sont utilisées pour visualiser le nucléoïde par microscopie optique:
- selon Romanovsky-Giemsa;
- Méthode Felgen.
Lors de la coloration selon Romanovsky-Giemsa, les bactéries sont préfixées sur une lame de verre avec de l'alcool méthylique, puis pendant 10 à 20 minutes, elles sont imprégnées d'un colorant à partir d'un mélange égal d'azur, d'éonine et de bleu de méthylène, dissous dans du méthanol. En conséquence, le nucléoïde devient violet et le cytoplasme devient rose pâle. Avant la microscopie, la tache est drainée et la lame est lavée avec du distillat et séchée.
La méthode Feulgen utilise une hydrolyse acide faible. De ce fait, le désoxyribose libéré passe sous forme aldéhydique et interagit avec l'acide fuchsine-sulfureux du réactif de Schiff. En conséquence, le nucléoïde devient rouge et le cytoplasme devient bleu.
Microscopie à contraste de phase
La microscopie à contraste de phase arésolution plus élevée que la lumière. Cette méthode ne nécessite pas de fixation et de coloration de la préparation - l'observation a lieu pour les bactéries vivantes. Le nucléoïde dans ces cellules ressemble à une zone ovale claire sur fond de cytoplasme sombre. Une méthode plus efficace peut être faite en appliquant des colorants fluorescents.
Détection de nucléoïdes au microscope électronique
Il y a 2 façons de préparer une préparation pour l'examen des nucléoïdes au microscope électronique:
- coupe ultra-fine;
- Couper les bactéries congelées.
Dans les micrographies électroniques d'une section ultrafine d'une bactérie, le nucléoïde a l'apparence d'une structure de réseau dense constituée de filaments minces, qui semble plus léger que le cytoplasme environnant.
Sur une section d'une bactérie congelée après immunomarquage, le nucléoïde ressemble à une structure semblable à un corail avec un noyau dense et de fines saillies pénétrant dans le cytoplasme.
Dans les photographies électroniques, le nucléoïde des bactéries occupe le plus souvent la partie centrale de la cellule et a un volume plus petit que dans une cellule vivante. Cela est dû à l'exposition aux produits chimiques utilisés pour fixer la préparation.
