Le monde Microbien : Partie 2 :La vie des microbes

Professeur Emmanuel DROUETAnne universitaire 2010/2011

Universit Joseph Fourier de Grenoble - Tous droits rservs.

UE Pharmacie - Microbiologie

Chapitre 5 : La cellule microbienne

Gnralits Paroi bactrienne et membranes Cas particulier des archbactries La cellule eucaryote

Les structures bactriennes

Membrane cytoplasmique

Matriel gntique

Ribosomes

Cytoplasme

Paroi cellulaire

Capsule

Flagelles

Pilis

Pilis sexuels

Barrire permable, slective, transport des lments nutritifs (permase), localisation de plusieurs processus mtaboliques

Un seul chromosome ADN form de deux brins dADN

Localisation cytoplasmique Synthse protique

Localisation du matriel gntique, rplication de lADN, ribosome synthse protique

Protection de la membrane cytoplasmique Proprits antigniques Proprits structurales

Rsistance la phagocytose Mobilit Adhsion aux muqueuses (cellules) Transfert de matriel gntique

Capsule

Paroi

Membrane

Inclusion

Plasmide

Corpusculebasal

Msosome

Flagelle

Chromosome Pilus ou Fimbrie

Capsule

Paroi

Membrane

Inclusion

Plasmide

Corpusculebasal

Msosome

Flagelle

Chromosome Pilus ou Fimbrie

La paroi bactrienneLa coloration de Gram

LPS

Riche en lipides

Bactries Gram+

Bactries Gram-

Coloration de GramLes bactries Gram-ngatif (ou Gram ngatives)

Les bactries Gram-positif (ou Gram positives)

Bacillus subtilis Escherichia coli

Paroi des bactries Gram versus Gram +

Paroi paisse

Composant majeur : peptidoglycane ou murine plusieurs couches

Paroi des bactries Gram versus Gram +

Paroi fine : peptidoglycane beaucoup plus fin

Structure particulire : la membrane externe (situe lextrieur de la paroi)

Structure deux feuillets Feuillet externe : LIPOPOLYSACCHARIDE ou LPS ou ENDOTOXINE

Les pili

Pilis communs = fimbriae (frange)

courtsRle dans ladhsion = facteur de virulenceCods par le chromosome ou les plasmides

Pilis sexuelsPlus longsRle dans lchange dADN (plasmide)Cods par des plasmides

Les flagelles

Pouvoir pathogne des bactries

Pouvoir de colonisation et de multiplication (pili, flagelles)

Pouvoir toxinogneBactries Gram-positif

Rsistance la phagocytose(capsule)

La cellule eucaryote

Organismes eucaryotes unicellulaires: PROTISTES

Etapes cls de leur origine :

- Lincroyable symbiose : acquisition de certains organites par endosymbiose

- Apparition dune surface cellulaire flexible,

- Apparition dune enveloppe cellulaire,

- Apparition de vsicules digestives,

- Symbiose = Vie en commun de deux organismes diffrents ou symbiontes- Endosymbiose = Vie dun organisme lintrieur dune cellule dans une association stable et souvent symbiotique

Tous les PROTISTES sont des Eucaryotes et ont volu a partir des Procaryotes

Schma de lorigine de la cellule Eucaryote: thorie symbionte

1. Une grosse cellule amibode procaryote incapable de respirer, phagocyte de petites cellules procaryotes arobies, capables de transformer le glucose en CO2 + H2O.

2. Les petites cellules continuent de fonctionner lintrieur de leur prdateur : symbiose mutualiste .

3. Celles-ci se spcialisent et avec le temps deviennent des mitochondries grand rendez-vous de lhistoire

4. Nouvelle incorporation de cellules procaryotes, capables de photosynthse (proches des cyanobactries actuelles) chloroplastes des cellules vgtales.

- Apparition dune surface cellulaire flexible

- Perte de la paroi cellulaire solide de la cel. procaryote

- Apparition dune surface cellulaire souple : membrane plasmique

- Taille microscopique de la cellule : les invaginations accroissent la surface cellulaire

Permet les changes de matriaux avec lenvironnement

Permet la nutrition par endocytose (inclusion de particules)

- Aide la cellule survivre dans des environnement aquatiques hypo-osmotiques.

- Potentiel hydrique infrieur celui de leur environnement en eau douce : prennent constamment de leau par osmose ncessit dliminer leau en excs.

- Apparition de systmes de rgulation osmotique flexible vacuole contractile.

Exemple de la Paramcie

Ingestion de particules de nourriture solides : digestion a lintrieur de vacuoles alimentaires responsables la nutrition et de lexcrtion

- Apparition de vacuoles nutritives.

Exemple de la Paramcie ingrant des levures.

Htrotrophie par ingestion

Au total : Cellule des Protistes : totipotente (multipotente)

Une cellule unique remplit elle seule toutes les fonctions vitales :

nutrition, respiration, excrtion, locomotion, rgulation osmotique, reproduction.

Trs grande diversit : varit des plans dorganisation Classification en trois phylums, base fondamentalement sur leur locomotion (cils, flagelles, pseudopodes).

Mode de vie trs vari : Organismes libres, symbiotes, parasites Intrt de nombreux protistes en pathologie humaine et vtrinaire.

Phylums SS Phylum, Caractristiques

Exemples

Flagelles et/ou pseudopodesSARCO-MASTIGOPHORA

Sarcodina : pseudopodesMastigophora : flagelles

Amibes

GiardiaTrypanosome

Cils, 2 noyaux CILIOPHORA

Cilis holotriches Paramcie

Pas de locomotion complexe apicalAPICOMPLEXA

Sporozoareproduction sexue

Plasmodium

Classification des protistes

Exemple type de Protozoaire Sarcodina : Entamoeba histolytica , amibe pathogne pour lhomme

noyau

Vacuoles digestives

Membrane plasmique

Vacuoles pulsatiles

Cytoplasme : cytosquelette

Taille : 30 40 M

Exemple de Protozoaire flagell (tube digestif) Mastigophora Giardia intestinalis, pathogne pour lhomme

Forme vgtative : microscopie balayage

Forme vgtative

Kyste : forme de rsistance

Exemple de Protozoaire flagell (sang) Mastigophora :Trypanosoma brucei : Maladie du Sommeil

sang

Vecteur : Glossine ou Mouche Ts-ts

Plasmodium falciparum: un des agents du paludisme humain.

- Transmis par piqre dun moustique infect (2-6).

- Homme : cycle hpatique (8-9) puis sanguin : GR (10).

- 5 000 cas imports en France /an

- La plus grande endmie parasitaire au plan mondial : 2-3 millions de morts/an (jeunes enfants)

APICOMPLEXA, Sporozoa. Cycles asexu et sexu

Homme

Anophle

Champignons levuriformes

Paroi cellulaire entourant la membrane plasmique et protgeant la levure des agressions physico-chimiques du milieu extrieur.

Membrane cytoplasmique compose principalement de phospholipides double couche (partie hydrophile l'extrieur et partie lipophile l'intrieur). Elle contient aussi de nombreux complexes protiques intrinsques et extrinsques dont les rles sont varis, par exemple des enzymes appeles protases mnent les transports de substances du milieu extrieur vers le milieu intracellulaire et/ou inversement avec ou non transformation du substrat durant le passage.

Noyau contenant l'information gntique du gnome chromosomique de la levure. Mitochondries jouant un rle important dans la respiration arobie de la levure et la production dATP.

Candida albicans

Matriel gntique des levures

Chromosomes : les levures sont des organismes eucaryotes et possdent un noyau avec des chromosomes linaires. Chez les saccharomyces, les chromosomes sont au nombre de 16 simples ou 16 paires selon la forme haplode ou diplode de la cellule. Il existe des gnes de structure information continue comme chez les bactries et des gnes information discontinue (introns et exons) comme chez les organismes suprieurs. Par ailleurs, les gnes de rgulation sont spcifiques des levures.

Plasmides : ct des chromosomes, il existe dans le noyau des petites molcules dADN circulaire d'environ 6 000 paires de bases, les plasmides, prsents entre 50 et 100 exemplaires par cellule. Ces plasmides sont autorplicables et autotransfrables sans affecter la viabilit de la cellule. Ils portent l'information gntique de quelques caractres non essentiels la viabilit de la levure. Ils ont un rle considrable dans toutes les oprations de gnie gntique.

ADN mitochondrial : chaque mitochondrie renferme plusieurs molcules circulaires d'ADN qui portent l'information de certaines enzymes de la chane respiratoire.

Reproduction sexue

Les ascomyctes (Saccharomyces cerevisiae, Candida albicans) qui se reproduisent par un processus sexu dans un asque rsultant de la transformation d'une cellule aprs miose.

Les basidiomyctes (Cryptococcus) qui ralisent une reproduction sexue avec formation de basidiospores sur une baside.

Chapitre 6 : Le mode de vie des bactries

Notion de croissance bactrienne Les paramtres de la croissance Exigence des bactries

Sexualit des bactries

Croissance et division cellulaire

Croissance et reproduction

1. La croissance bactrienne consiste en une augmentation de la masse et de ses parties constituantes

2. Masse = croissance

3. Parties constituantes = reproduction

Nutrition et croissance bactrienne

Macromolcules

Molcules plus simples

Dgradation

transformation

Enzymes extracellulaires

Enzymes endocellulaires

Molcules plus simples

Besoins nutritionnels

Conditions de croissance

Energie Lumineuse (espces photosynthtiques) Chimique (espces chimiotrophes)

Eau Conditions physicochimiques

Temprature pH Oxygne

Exigences nutritives

Prototrophe : peut synthtiser tous ces constituant sur un milieu minimum ex : E. Coli Auxotrophe vis--vis dune substance : a besoin dun nutriment donn pour sa croissance

Sources de carboneAutotrophe : CO2 (dvpt en milieu minral)Htrotrophe : compos organique

Milieux de culture

Utilise pour des culture monomicrobiennesLes bactries peuvent se dplacer librement

par diffusionou par locomotion

Formation dun trouble

1) Culture en milieu liquide

Les bactries donnent naissance une population de bactries formant une colonie, chaque colonie est un clone

2) Culture en milieu solide (agarose)

Etude dynamique de la croissance

Croissance de bactries exigeantes

Aspect des colonies

colonies hmolytiques

Milieu enrichi au sang

Culture sur glose chocolat

Haemophilus influenzae

Croissance de bactries exigeantesStreptocoques bta-hmolytiques

Streptocoques alpha-hmolytiques

Streptococcus pneumoniae

Streptococcus pneumoniae(souche mucode)

Transfert de matriel gntique

Mcanismes conduisant au transfert dune information gntique dans une bactrie sous la forme dun fragment dADN dune autre origine: Transformation Conjugaison Transduction

Transfert de matriel gntiqueTransformation

Transfert dADN libre (bicatnaire, 5.106 daltons), en solution, entre 2 bactriesTransfert naturel (actif et spcifique) ou artificiel (transfert passif et non spcifique)

Naturelle(tat de comptence)

Bacillus subtilisHaemophilus influenzaeStreptococcus pneumoniaeNeisseria

Induite(traitement chimique)

Escherichia coli

Transfert de matriel gntiqueConjugaison

Transfert de matriel gntique (total ou partiel) sens unique entre une bactrie mle (F+) et Une bactrie femelle (F-)

Prsence du plasmide F: synthse de pili sexuels

Transfert de matriel gntiqueTransduction

Transfert de gnes bactriens dune bactrie donatrice vers une bactrie rceptricePar lintermdiaire dun bactriophage ouphage transducteur)

Transduction gnralise ou non spcifique

(nimporte quelle rgion dun chromosome bactrien

Transduction spcialise ou spcifique

Chapitre 7 : Gntique microbienne et gnomique

Bactries Le gnome est constitu dADN:

chromosomique et extra-chromosomique (plasmidique)

Virus Le gnome peut tre soit de lADN soit de

lARN

Chromosome (1 chromosome/bactrie) Plasmide (100 1000 copies/bactries) (applications en clonage molculaire)

Chromosome Plasmide

Membrane Plasmique

Cytoplasme

Paroipeptidoglycane

Membrane externe

Echanges gntiques et apparition de la rsistance aux antibiotiques

Ce mcanisme peut tre transmis d'autres bactries vivant dans le voisinage d'une bactrie rsistante

Ce mcanisme est hrditaire : une bactrie le transmet sa descendance.

C'est ainsi que des bactries qui vivent sur notre corps (commensales) deviennent elles aussi rsistantes.

Gne de rsistance: transposonsLes transposons sont des lments gntiques mobiles (cf squences dinsertion) codant pour des fonctions qui vont confrer la bactrie qui les porte, un phnotype particulier (ex une rsistance un antibiotique)

Les gnomes viraux

Le gnome des virus est constitu dun seul typedacide nuclique : de lADN ou de lARN, soit sousforme monocatnaire ou bicatnaire, soit linaire oucirculaire, soit en une seule molcule ou en plusieurssegments.

Le gnome viral est haplode cest dire quil nexistequune seule copie de chaque gne lexception dugnome des rtrovirus qui contient deux molculesidentiques dARN (gnome diplode).

Selon la taille du gnome le nombre de gnes peutaller de 4 plus de 200 gnes codant pour autant deprotines. Celles-ci sont des protines structuralesconstitutives du virus et des protines nonstructurales qui interviendront lors du cycle demultiplication intracellulaire du virus mais ne sontpas incorpores dans le virion.

Virus ADN : gnome gnralement bicatnaire (sf les Parvoviridae). La taille du gnome schelonne entre 3,2 kpb pour le virus de lhpatite B (VHB) 375 kpb pour les Poxvirus des insectes.

Il est gnralement linaire mais il y a des exceptions: par exemple celui du VHB, est circulaire et partiellement bicatnaire .

La constitution des gnomes de grande taille est complexe: certains contiennent des squences rptitives, internes ou aux extrmits du gnome, des rgions codantes appeles cadres de lecture ouverts (ORF soit Open Reading Frame) et des rgions non codantes qui interviendront dans le droulement du cycle de rplication.

Enfin certains gnomes sous la forme circulaire ont la capacit de sintgrer dans le gnome de la cellule hte ( VHB, virus Epstein-Barr).

Les virus ARN: gnome gnralementmonocatnaire (sf les Reoviridae). La tailledu gnome varie de 1,7 kb (3,5 kb pour lacoliphage) 27 kb pour les Roviridae.

LARN est habituellement linaire. Certainsvirus ont un gnome segment comme lesOrthomyxoviridae (virus de la grippe) 7 ou8 fragments ou les Bunyaviridae 3segments. Cette structure fragmente delARN favorise les recombinaisons etrassortiments gntiques entre dessouches diffrentes: consquences surlpidmiologie dune infection par exemplecelle de la grippe.

Sur le plan structural, les gnomes linaireset monocatnaires diffrent entre eux parleurs extrmits 5 et 3. Lextrmit 5 peuttre soit libre soit coiffe ou lie uneprotine. Lextrmit 3 peut tre soit libresoit polyadnyle. Comme dans les virus ADN, certains contiennent des squencesrptitives, des rgions codantes et noncodantes.

Virus ADN Virus ARN

Polarit des gnomes virus ARN

LARN viral simple brin se prsente sous forme soit dARN de polarit positive (ARN+) soit dARN de polarit ngative (ARN-).

LARN+ a le mme sens quun ARNm, il se comporte comme un messager et peut tre traduit directement en protines virales par la cellule. Dans ce cas le gnome viral est directement infectieux.

LARN-, de polarit anti-messager doit tre transcrit au pralable en ARNm par une ARN polymrase associe au virion. Dans ce cas le gnome nest pas directement infectieux.

ARN viral +

Traduction Rplication

Polyprotine ARN -

Clivage Rplication(Protases) (ARNpolARNdep)

Protines ARN +virales

Nuclocapside

Rplication

ARN + ( = messager)

Traduction Rplication(ARNpolARNdep)

Protines ARN -virales( dont transcriptase)

Nuclocapside

ARN viral -

DEUX STRATEGIES POUR LA REPLICATION DES VIRUS A ARN( ARN + = poliovirus; ARN - = influenzavirus )

+ transcriptase

Variabilit gntique des virus

Nature et gnration des virus mutants Fidlit des enzymes de rplication virale Processivit des enzymes de rplication virale

Slection et capacit rplicative des virus mutants

Exemple de virus hautement variable : Le VIH

Le virus du SIDA prsente une incroyable variabilit gntique. Cet art de se transformer volont lui permet de se maintenir et dchapper nos dfenses immunitaires

Il existe deux types principaux : le VIH1 et le VIH2 VIH-1 PANDEMIQUE (Groupe M ( majority ) Groupe N

( non M /non O , Cameroun) Groupe O ( outlier , Cameroun, Gabon, Guine Eq.

VIH-2: NON PANDEMIQUE

Groupe Majeur M

A CB D FE G H I J

Dix sous-types gntiquement proches, mais distincts Ces sous-groupes se sont crs avec la progression de lpidmie travers le monde. Leur distribution varie en fonction des rgions

Groupe Majeur M

A CB D FE G H I J

Europe et Amrique du Nord

Groupe Majeur M

A CB D FE G H I J

Europe et Amrique du Nord Afrique

La variabilit du VIH ne sarrte pas l

Alors que le virus se rplique chez le malade, des erreurs de copie ont lieu (une mutation par copie)

Ces erreurs conduisent la gense de variants dautant plus nombreux que la rplication virale est intense (environ mille milliards de virus infectent une seule personne)

Groupe Majeur M

A CB D FE G H I J

Europe et Amrique du Nord

B1B2

B3B4

B5

B6B7

B8B9

B10

BnB

BB

B

Notion de quasi-espces

Ces milliards de virus ont tous un petit quelque chose de diffrent du une erreur de copie

Il sen trouvera un pour rsister aux attaques du systme immunitaire et/ou au traitement

Groupe Majeur M

A CB D FE G H I J

Europe et Amrique du Nord

B1B2

B3B4

B5

B6B7

B8B9

B10

BnB

BB

B

Echappement vis--vis des anticorps neutralisants: Le virus chappe la rponse humorale en gnrant de nouveaux variants non reconnus par les anticorps initiaux

Source de copies futures (chappement viral)

Divergence des souches de VIH

Grippe saisonnire 1996 Divergence du VIH chez un seul sujet infect 6 ans PI

Cohorte de sujets infects VIH1991

Ensemble de sujets infects VIH(Congo 1997)

Cassures Glissements

Types TypeA TypesAetB

Mcanismes Rassortimentdegnes(virusanimaux)ChangementsmajeursdesgnesdeNAetHA

MutationsponctuellesDrivesantigniquesprogressives

Modificationsantigniques Majeures Mineures

Consquences

Taxonomiques ApparitiondenouveauxsoustypesA

Apparitiondenouveauxvariants

Immunitaires PasoupeudimmunitcroiseentredeuxsoustypesA

Immunitcroiseentredeuxvariantsconscutifs

pidmiologiques Pandmies pidmiesannuelles

Les Variations Antigniques des Virus Influenza Humains

pidmiologie de la Grippe

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