Les cellules compétentes

Définition

Qu'est-ce qu'une bactérie compétente ?

Les bactéries compétentes sont des bactéries capables d'être transformées, c’est-à-dire d'acquérir de l'ADN étranger libre (extracellulaire). Ce processus de transfert de gènes est appelé transformation bactérienne.

La compétence peut être

• naturelle, lorsqu'une bactérie possède des systèmes biologiques spécifiques lui permettant de capter l'ADN de son environnement
• artificielle, lorsqu'elle est induite en laboratoire par des traitements chimiques ou physiques.

Définition de la compétence cellulaire

En biologie moléculaire, la compétence d’une préparation de bactéries est quantifiée par son efficacité de transformation. Celle-ci correspond au nombre de colonies transformées obtenues après introduction d'une quantité connue d'ADN plasmidique, suivi d'un étalement sur milieu nutritif approprié.

Cette efficacité est exprimée en CFU/µg d'ADN (Colony Forming Units). Elle correspond au nombre de colonies obtenues après transformation avec 1 µg d’ADN plasmidique.

Cellules compétentes artificielles (induites)

Certaines bactéries sont naturellement compétentes, mais leurs conditions de transformation varient fortement selon les souches bactériennes et ne sont pas adaptées pour une utilisation en laboratoire.

C'est pourquoi on utilise des cellules compétentes artificielles préparées en laboratoire ou achetées auprès de fournisseurs spécialisés. Elles sont produites à partir de souches génétiquement optimisées pour la transformation, comme E.coli DH5α ou TOP10 (clonage) ou BL21 (principalement pour l'expression de protéines recombinantes).

Le choix de la souche bactérienne dépend de l'objectif expérimental (clonage, exprtession, stabilité du plasmide).

Voici un aperçu des souches les plus couramment utilisées en laboratoire:​

Méthodes d'induction de la compétence

La préparation de bactéries compétentes vise à obtenir des cellules capables d'intégrer efficacement de l'ADN lors de la transformation. Deux méthodes sont principalement utilisées selon le mode de transformation choisi.

Compétence chimique

Le traitement chimique avec le chorure de calcium rend la membrane bactérienne plus perméable à l'ADN. Lors de la transformation, un choc thermique favorise alors l'entrée de l'ADN plasmidique dans la cellule permettant d'obtenir des bactéries transformées.

Etapes principales :

• Culture bactérienne 
  Une colonie bactérienne est inoculée dans un milieu liquide et incubée jusqu'à la phase exponentielle de croissance (DO à 600nm de 0,4 à 0,6).
• Refroidissement des cellules 
  La culture est ensuite placée sur la glace afin de ralentir le métabolisme cellulaire et stabiliser les membranes.
• Centrifugation 
  Les cellules sont récoltées sous forme de culot par centrifugation à 4°C,
• Traitement au chlorure de calcium 
  Le culot est resuspendu dans une solution froide de chlorure de calcium dont les ions Ca2+ neutralisent les charges négatives de l'ADN et de la membrane bactérienne. Les bactéries sont incubées sur la glace afin de permettre l'action du traitement chimique et l'établissement de la compétence. Après incubation sur la glace, les bactéries deviennent chimiquement compétentes. 
• Alliquotage et conservation 
  Les bactéries peuvent être utilisées immédiatement ou être aliquotées et conservées à basse température (le plus souvent à -80°C), parfois en présence de glycérol pour protéger les bactéries lors de la congélation.

Bactéries électrocompétentes

l'électroporation est une méthode de transformation qui nécessite l'élimination quasi complète des ions du milieu cellulaire afin d'éviter les décharges électriques lors de l'impulsion.

Etapes principales :

• Culture bactérienne 
  Une colonie bactérienne est inoculée dans un milieu liquide et incubée jusqu'à la phase exponentielle de croissance (DO à 600nm de 0,4 à 0,6).
• Refroidissement des cellules 
  La culture est ensuite placée sur la glace afin de ralentir le métabolisme cellulaire et stabiliser les membranes.
• Centrifugation 
  Les cellules sont récoltées sous forme de culot par centrifugation à 4°C.
• Lavages pour éliminer les sels
  Le culot est resuspendu dans une solution froide pauvre en ions. Plusieurs cycles de resuspension-centrifugation sont réalisés pour éliminer les sels du milieu de culture.
• Resuspension finale 
  Après les lavages, les bactéries sont resuspendues dans un petit volume de solution froide avec du glycérol.
• Alliquotage et conservation 
  Les bactéries peuvent être utilisées immédiatement ou être aliquotées et conservées à basse température (le plus souvent à -80°C), parfois en présence de glycérol pour protéger les bactéries lors de la congélation.