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Chap VIII

Les flagelles

Introduction

Structures facultatives (surtout chez les bâtonnets)

Il existe aussi des filaments axiaux (spirochètes)

Définition : longs filaments, non ramifiés, sinueux et de diamètre uniforme

Autres appendices filamenteux : pili (fimbriae) (protéine = piline) communs ( courts et rigides,

rôle dans l’adhérence)

et sexuels (longs, se terminant par un renflement ; conjugaison)

Mise en évidence

Méthodes directes

Colorations après mordançage (col. Leifson, col. Fontana Tribondeau),

Fluorescence (Ac), microscopie électronique (col. négative notamment)

Méthodes indirectes

Etat frais (voir TP)

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Tréponème; état frais en fond noir

ME; coloration négative

Vibrio, coloration LeifsonTréponème; imprégnation argentique

(Fontana Tribondeau)

Structure et ultrastructure

Morphologie

Ce sont des filaments sinueux de diamètre uniforme

Longueur (6-20 microns)

diamètre(10-30 nm)

forme (hélicoïdale, amplitude et longueur d’onde caractéristiques de chaque espèce)

Mode d’insertion des flagelles

Ciliature polaire: bactérie monotriche, amphitriche, lophotriche, multitriche

Ciliature péricellulaire: bactérie péritriche,

Ciliature parapolaire: bactérie monotriche

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Helicobacter sp

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monotriche

multitriche

Ciliature péricellulaire au ME

Proteus vulgaris

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chez les spirochètes:

Treponema pallidum: agent de la syphilis

Borrelia burgdorferi: agent de la maladiede Lyme

Pili / Fimbriae

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E. coli uropathogène ; pilii de type I

Architecture d’un pilus de type I

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Telford et al. Nature Reviews Microbiology 4, 509–519 (July 2006) | doi:10.1038/nrmicro1443

Telford et al. Nature Reviews Microbiology 4, 509–519 (July 2006) | doi:10.1038/nrmicro1443

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Ultrastructure des flagelles

elle est très différente de celle des flagelles eucaryotes

Comparaison avec les flagelles des eucaryotes

eucaryotes : 9 doublets périphériques + 1 doublet central, battements

eubactéries : filament spiralé unique, rotation.

Les différentes parties d’un flagelle bactérien

Le filament et l’ensemble : crochet rigide-corps basal

- filament flagellaire: rigide, spiralé et creux

- crochet courbe (rôle de cardan)

- corps basal (tige + anneaux : anneaux M et S (G+ et G-), anneaux L et P (G-exclusivement)

Anatomie du flagelle, G(-) et G(+)

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Structure du flagelle chez les G(-)

C Ring

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• http://www.fbs.osaka-

u.ac.jp/labs/namba/npn/

Composition chimique

purification: agitation violente + centrifugations différentielles

filament: flagelline (protéine très rigide, PM 40000 daltons)

crochet: protéine du crochet

corps basal: complexe, > 15 protéines

Rôle et fonctions des flagellesLes flagelles assurent la mobilité des bactéries

L’antigène flagellaire H

AgH, sérum anti H = paralysie

Les deux types de mobilité flagellaire : l’essaimage et la nage.

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L’essaimage s’observe sur des surfaces gélosées

relativement sèches. Lorsque le milieu s’épuise,

des formes longues polyploïdes (20

chromosomes) et très mobiles de bactéries (100 à

1000 cils) se différencient.

Elles se déplacent ensuite (mouvement

d’ensemble organisé) dans des régions riches, où

elles se divisent activement pour former des

formes courtes et peu mobiles ; puis le cycle

recommence … (on observe des volutes à la

surface de la gélose (voir TP)).

L’essaimage s’observe notamment chez les

Proteus (P. mirabilis)

La nage s’observe dans des géloses très humides

: la taille des colonies s’accroît d’une manière

homogène (mouvement individuel aléatoire).

Vitesse des bactériesmouvement d’ensemble: essaimage et nage : 50 µm/mn

mouvement individuel:

ciliature polaire : 50 µm/s (record à 600 µm/s, soit 2,16 m/h).

ciliature péricellulaire: 20 µm/s

Mécanisme de la mobilitémobilité par rotation: Mussil et Jarosch (Spirillum)

en utilisant une bactérie polaire lophotriche, ces auteurs montrent que les flagelles sont en

rotation autour du crochet en 2 étapes:

1-en immobilisant le corps bactérien entre lame et lamelle, ces auteurs montrent par

microcinématographie sur fond noir une onde progressive issue de la touffe flagellaire :

rotation ou battement?

2-en immobilisant les flagelles par des Ac spécifiques, le corps bactérien se met en rotation :

les flagelles sont en rotation.

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Structure flagellaire

d’une bactérie G-

Il faut 256 (16x16) protons par tour de

rotation (1 proton permet à une sous-

unité de faire 1/16 de tour

Stator (relié à la paroi)

Rotor: 16 sous-unités identiques

Mouvement consécutif à la rotation : nage douce et culbute

rotation des flagelles est synchronisée :

sens antihoraire = nage douce

sens horaire = culbute

Culbute en avant = nage douce

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Les flagellines sont des Ag forts très variables

La spécificité antigénique (antiH) des flagellines présente deux aspects :

Polymorphisme antigénique

Salmonella: sérogroupes (polymorphisme somatique O) et à l’intérieur de ceux-ci, en

sérotypes (polymorphisme somatique O et flagellaire H)

Remarque: avec les AgO, l’agglutination est granulaire, fine, lente à apparaître et difficile à

dissocier, avec les AgH, elle est floconneuse, rapide à apparaître et facile à dissocier.

Le polymorphisme intraclonal : variation de phase

(Salmonella) celle-ci correspond à la présence, au sein d’un clone bactérien, de deux types

alternatifs d’Ag flagellaire (AgH1 et AgH2)

fréquence : 10-3 (contre10-6 pour une mutation)

éléments inversibles d’ADN

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La variation de phase

Expérience de l’inversion de phase : obtention d’une phase

flagellaire pure

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Rôle des flagelles dans le chimiotactisme

Définition et mise en évidence du phénomène

le chimiotactisme correspond au mouvement d’attraction ou de répulsion que présente un

organisme vivant vis-à-vis d’une substance chimique

(exemples : aérotactisme, chimiotaxie attractive (sucres, acides aminés), chimiotaxie

répulsive (phénols, acides, bases)

Mise en évidence du chimiotactisme

Positif Négatif

Acétate 3M

Acétate OM

Bact ser (+)

Bact asp (+)

Bact non chimiotactiques

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Mécanisme du chimiotactisme

Sens de rotation des flagelles : antihoraire = nage en ligne droite, horaire = culbute; normalement,

on observe des culbutes à fréquence déterminée),

cette fréquence diminue lorsque la bactérie se déplace dans le sens d’un gradient croissant

d’attracteur (l’inverse se produit dans le cas d’un répulseur)

Les récepteurs membranaires du chimiotactisme correspondent à des MCP (Methyl-accepting

Chemotaxis Proteins), qui assurent la transduction du signal (méthylation/déméthylation de la

région cytoplasmique des MCP) :

la variation croissante d’un facteur chimiotactique attracteur se traduit par une augmentation

globale de la méthylation qui ralentit la fréquence des culbutes

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Flagelles et phages flagellotropes

Ces phages s’attaquent aux souches mobiles de bactéries en se fixant sur des récepteurs du

flagelle

Flagellogénèse

L’assemblage des composants s’effectue séquentiellement dans l’ordre suivant : disque M ->

disque S - tige - disque P - disque L - crochet - filament

Le filament se forme par autoassemblage des molécules de flagelline à l’extrémité distale

(filament creux) ; c’est la structure des molécules de flagelline qui détermine la forme précise des

flagelles