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Introduction à la microbiologie

La microbiologie est la science qui a pour objet l’étude des microbes (du grec : mikros

= petit ; bios = vie). Ce terme (microbe) englobe tous les organismes vivants, de petites

dimensions nécessitant le microscope.

Les microbes comprennent les microorganismes suivants :

• Champignons inférieurs ;

• Algues unicellulaires ;

• Protozoaires ;

• Microorganismes unicellulaires que leurs caractères ne permettaient pas de les

rattacher à l’un ou l’autre de ces groupes : on les a denomés : bactéries (du grec

bakteria = bâton) en raison de la forme en bâtonnet de certains d’entre eux.

L’étude de chacune de ces catégories de microorganismes constitue une discipline spécialisée

en raison de l’importance du nombre d’espèces de chacune, de leur diversité quant à l’habitat,

leur mode de vie, leur morphologie et leur rôle dans la vie de l’Homme.

La microbiologie est donc en fait une science pluridisciplinaire comprenant :

• La mycologie ;

• L’algologie ;

• La protozoologie ;

• La bactériologie.

Quant aux virus, une science spéciale est consacrée à leur étude : la virologie.

Les microorganismes se trouvent partout dans la nature. C’est la forme de vie la plus

abondante et la plus répandue sur toute la planète.

Quelques grandes étapes de l’histoire de la microbiologie La découverte du monde microbien

C’est le Hollandais LEEUWENHOEK (1632-1723) qui a révélé à l’Homme

l’existence du monde microbien, en utilisant des microscopes simples. Ce naturaliste n’était

pas un étudiant brillant. Il a quitté très tôt l’école pour se consacrer au commerce. Il consacrait

ces moments de loisir à tailler des lentilles. Il observait tout ce qui était à sa portée : tige de

plante, insectes, goutte d’eau, etc. Un jour il écrit « Je ne connais pas de spectacle plus

fascinant que celui d’une goutte d’eau, avec les milliers d’êtres qui y vivent et s’agitent en

même temps ».

Les formes des bactéries qu’observait LEEUWENHOEK n’étaient pas toutes identiques. Il a

dessiné des formes sphériques (cocci), des formes allongées en forme bâtonnets (bacilles), et

des spirilles contournées en spirale.

Génération spontanée et biogenèse La découverte d’un monde d’organismes invisibles à l’œil nu fait renaître un grand

débat sur l’origine de la vie. D’où viennent ces microorganismes ?

Certains naturalistes de l’époque prétendaient qu’ils provenaient de la décomposition des

tissus animaux et végétaux morts (génération spontanée ou abiogenèse) = théorie selon

laquelle la vie provient du non vivant.

Au début du 19ème

siècle, en se basant sur des expériences, plusieurs chercheurs

essayent d’apporter des preuves en faveur de la biogenèse (tout organisme vivant provient

d’un organisme vivant préexistant), contre la génération spontanée.

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L’Italien Spallanzani faisait bouillir des solutions nutritives à base de bœuf dans des flacons

avant de les sceller hermétiquement (fig. 1). Ces expériences n’ont pas convaincu les partisans

de la génération spontanée. Ces derniers prétendent que l’air était essentiel à la génération

spontanée.

Plus tard Schwann et Schultze modifient l’expérience de Spallanzani : Schwann fait passer

l’air dans un serpentin chauffé au rouge avant de l’envoyer dans la solution nutritive stérile.

Schulze fait passer l’air dans une solution acide avant de l’envoyer dans le bouillon nutritif

stérile. Dans les deux cas aucun microbe n’apparaît dans la solution nutritive (fig. 2-3). Mais

les partisans de la génération spontanée n’étaient toujours pas convaincus. Ils prétendent que

l’acide et la chaleur avaient modifié l’air.

Vers 1850, Schröeder et Von Dusch ont fait une expérience plus convaincante en faisant

passer l’air dans des tubes remplis de coton. Le coton retenait les microorganismes de l’air et

aucun microbe ne s’est développé (fig. 4).

A cette même époque, un nouveau nom apparaît dans le domaine de la science : Louis

Pasteur (1822-1895). Pasteur a reçu la formation de chimiste, mais plus tard il s’est intéressé

à la fermentation qui est un processus biochimique dû aux microbes. Cet intérêt pour les

processus fermentatifs l’engage dans le débat sur la génération spontanée. Il s’oppose avec

vigueur à cette théorie et entrepris des expériences pour démontrer que des microorganismes

ne peuvent provenir que d’autres microorganismes. Ses expériences consistaient à préparer

des solutions nutritives dans des flacons à col de cygne, sans empêcher le passage de l’air qui

n’était ni traité, ni filtré. Il chauffe les bouillons nutritifs et les laisse reposer (fig. 5). Résultat :

aucun microbe n’apparaît.

Pasteur met ainsi un terme aux débats sur la génération spontanée. La biogenèse devient la

théorie acceptée : tout microorganisme vivant ne peut provenir que d’organismes vivant

préexistant.

Ce chercheur met ainsi en évidence la présence des microorganismes dans l’atmosphère. Il

montre que le développement de ces microorganismes dans certains liquides organiques est la

cause de leur altération.

Cette découverte de germes dans l’air va avoir des conséquences fondamentales en médecine,

par l’application de l’asepsie (ensemble des méthodes de destruction des microbes). Ceci a

permis d’énormes progrès en chirurgie.

Contribution de Pasteur au développement de la microbiologie :

• Mémoire sur la fermentation lactique (1857)

• Recherches sur la fermentation alcoolique (1858)

• Découverte de l’anaérobiose (1861)

• Etude sur le vinaigre (1861-64)

• Prévention de l’altération des boissons par chauffage (Pasteurisation)

• Etude sur la maladie du ver à soie (1865-70)

• Participation à la mise au point de la stérilisation par chaleur humide

• Travaux sur la maladie du charbon

• Recherches sur le choléra des poules et la découverte de l’immunisation des animaux

par des cultures microbiennes atténuées (1880)

• Vaccination anticharbonneuse (1881)

• Vaccination contre la rage (1884)

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Les microorganismes et la fermentation Beaucoup de civilisations anciennes produisaient des boissons et des aliments produits par

fermentation microbienne.

• Kiu, boisson fermentée chinoise à base de riz, remonte à 2300 ans avant J-C ;

• En chine et au Japon, on fabrique depuis des centaines d’années des sauces de soja à

base de fèves fermentées ;

• Pendant des siècles les populations des Balkans (Bulgarie, Yougoslavie, Albanie..) ont

consommé des produits à base de lait fermenté.

Les historiens ne connaissent aucune société où on n’a pas utilisé la fermentation pour faire de

la nourriture ou de la boisson.

Pendant longtemps, l’homme a cherché à améliorer la qualité de ses produits de fermentation

sans même se douter qu’une meilleure qualité dépend de l’amélioration des conditions de

croissance des microorganismes. Il a fallu attendre les travaux des microbiologistes sur le rôle

des microorganismes dans la fermentation.

Les microorganismes et les maladies Avant même que les microbiologistes ne prouvent expérimentalement le rôle joué par les

microorganismes dans les maladies, beaucoup d’observations ont été faites dans ce domaine :

• 1546, on suggérait que les maladies pouvaient être provoquées par des organismes

trop petits pour être vu et sont transmis d’une personne à une autre ;

• 1762, on prétendait que différents microorganismes provoquaient des maladies

différentes ;

• 1843, on suggérait que la fièvre puerpérale, infection que contractait la femme après

l’accouchement, était contagieuse et causée par des microorganismes transportés

d’une patiente à une autre par des sages femmes et les médecins ;

• 1870, Robert KOCH a travaillé sur la maladie du charbon (maladie qui touche le

bétail, les moutons et parfois l’homme). Il isola du sang des animaux morts le microbe

du charbon. C’était la première fois qu’on prouvait qu’une bactérie provoque une

maladie animale. Plus tard, KOCH découvrit les bactéries responsables de la

tuberculose et du choléra.

Prévention et traitement des maladies Après avoir analysé le rôle que joue les microorganismes dans les maladies, les

chercheurs se sont penchés à chercher à développer des méthodes pour prévenir et traiter ces

maladies. Très rapidement on a découvert, entre 1876 et 1898, les agents responsables de la

plupart des maladies bactériennes connues de nos jours.

La découverte par Pasteur de la vaccination par des germes atténués, appliquée à grande

échelle à la maladie du charbon marque le début de la prévention des maladies infectieuses

(immunisation)

La découverte des germes dans l’air va avoir des conséquences fondamentales en chirurgie

(pratique de l’asepsie). De même la chimiothérapie (traitement des maladies par des produits

chimiques) commence à se développer.

Les mesures de santé publique rentrent aussi dans ces méthodes de prévention pour contrôler

les maladies microbiennes (purification de l’eau, traitement des eaux usées, conservation des

aliments,etc.).

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Développement des techniques de laboratoire et des procédés microbiologiques C’est à l’Allemand ROBERT KOCH et son école qu’on doit la découverte d’une

technique fondamentale en microbiologie celle de l’isolement en culture pure d’un microbe

(1881). Cette technique consiste en l’utilisation de milieux qui demeurent fermes et

transparents aux températures d’incubation (températures auxquelles on place les bactéries à

faire pousser).

Après leur échec avec la gélatine (protéine ayant l’aspect d’une gelée), car elle fond à 25 °C,

ils résolurent le problème en utilisant un extrait d’une algue marine. Cet extrait, appelé Agar-

Agar ou plus simplement Agar ou gélose, peut être dissout dans une solution nutritive. Une

fois solidifié, il peut supporter de grands écarts de température sans se liquéfier.

Culture pure :

Les milieux gélosés constituent un excellent moyen pour séparer les différentes sortes

de microorganismes présents dans un mélange. L’utilisation de ces milieux de culture permet

de faire croître les microorganismes à une certaine distance les uns des autres. Chaque cellule

microbienne peut ainsi former ce qu’on appel une colonie.

Une colonie est une masse compacte de cellules visibles à l’œil nu. Toutes les cellules d’une

colonie sont semblables, on suppose qu’elles constituent la descendance d’une seule cellule

microbienne. C’est ce qu’on appel en microbiologie une culture pure.

Application de la microbiologie à des domaines non médicaux Les travaux de WINOGRADSKY (1856-1953) et BEIJERINCK (1851-1931) ont

élargi le champ de la microbiologie en montrant le rôle indispensable des bactéries dans la

nature ce qui a permis la création de la microbiologie du sol.

WINOGRADSKY a découvert la nature biologique de la nitrification (transformation de

l’ammoniaque en nitrates).

BEIJERINCK a découvert les bactéries fixatrices d’azote et symbiotiques des légumineuses et

leur rôle dans la fertilité des sols.

Dans le domaine alimentaire, Pasteur a démontré le rôle des microbes dans la transformation

des aliments, création de la branche microbiologie alimentaire et industrielle. HANSEN a

même crée une entreprise qui produit des microorganismes nécessaires à la fabrication du

vinaigre et les produits laitiers.

Plus tard BURRILL découvre qu’une bactérie causait chez les poiriers une maladie dite feu

bactérien. Cette découverte a été à l’origine de la pathologie végétale.

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Nature et étendue du monde microbien Place des microorganismes dans le monde vivant

A l’époque où l’on a découvert l’existence des microorganismes, les biologistes

reconnaissaient deux grandes divisions dans l’univers des êtres vivants, qu’on appelait des

règnes. Le règne des plantes et le règne des animaux. On a donc tenté d’intégrer ces

organismes microscopiques à ces deux règnes déjà existants. Ceux qui parmi eux

ressemblaient le plus à des plantes (organismes photosynthétiques ou immobiles) ont été

incorporés au règne végétal et on les appelés les plantes inférieures. Ceux qui ne sont pas

photosynthétiques, mais mobiles ont été incorporés au règne animal et on les appelés animaux

primitifs. Cette division simpliste des microorganismes montre très tôt ses faiblesses. Par

exemple que faire de l’Euglène qui a tout d’un protozoaire, mais possède de la chlorophylle ?

Où placer les moisissures qui sont immobiles et non photosynthétiques ?

En 1868, le biologiste Haeckel a eu l’idée de créer un troisième règne, celui des protistes.

Dans ce règne on regroupe tous les organismes qui ne sont pas des animaux supérieurs ou des

plantes supérieures. Donc quand nous parlons de façon générale des protistes, nous entendons

les bactéries, les cyanobactéries, les protozoaires, les algues et champignons. Les virus sont

mis à part car ce ne sont pas des organismes cellulaires.

Si nous analysons de très près la structure cellulaire des protistes nous en arrivons très tôt à la

conclusion que ces derniers comprennent deux groupes fondamentalement distincts :

• Certains ont une organisation cellulaire très semblable à celle des cellules des plantes

supérieures et des animaux supérieurs. La membrane cytoplasmique se prolonge à

l’intérieur du cytoplasme d’un réseau membranaire (R.E), lui-même en continuité avec

une membrane nucléaire bien définie et entourant parfaitement le contenu du noyau.

Noyau complet, mitochondries, appareil de Golgi et chloroplastes dans le cas des

cellules photosynthétiques. C’est le cas des algues, protozoaires et champignons

microscopiques. On les appelle Eucaryotes et constituent le groupe des protistes

supérieurs ;

• Les autres microorganismes ont une organisation cellulaire beaucoup plus

rudimentaire. La membrane cytoplasmique n’est pas prolongée à l’intérieur de la

cellule par un réseau membranaire. Il n’y a pas de noyau vrai et pas de membrane

nucléaire. L’appareil génétique est constitué d’un seul chromosome. Pas de

mitochondries ni chloroplastes. Cette organisation caractérise les bactéries et les

cyanobactéries. Ce sont des procaryotes et on les appelle protistes inférieurs.

Classification des microorganismes Quelques définitions :

Taxonomie = arrangement ordonné d’unités dans des groupes plus grands.

Nomenclature = appellation des unités caractérisées et décrites dans la classification.

Identification = établir l’identité des microorganismes inconnus.

L’unité taxonomique :

L’espèce constitue l’unité de base de la taxonomie. L’espèce telle qu’elle est définie chez les

organismes supérieurs (plantes et animaux) repose sur :

• L’apparenté (ressemblance) des organismes ;

• L’interfécondité (capacité de se croiser).

Il est difficile d’appliquer cette définition en microbiologie. Elle ne peut être appliquée chez

les bactéries par exemple car la reproduction est asexuée. On a décrit certains phénomènes de

sexualité au cours desquels des types ♂ et ♀ se conjuguent (phénomène de conjugaison)

pourtant ces événements sont rares, par ailleurs la fusion nucléaire des deux cellules est

partielle.

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La définition de l’espèce a été dès le début de la microbiologie de nature descriptive et est

encore d’usage actuel. Elle nécessite une caractérisation et une description précise qui

permettent la comparaison entre individus et ainsi les rapprocher ou les éloigner dans la

classification. Elle repose sur un ensemble de caractères artificiellement rassemblés :

• Caractères morphologiques (caractères des colonies, forme des cellules, dimensions,

présence ou absence des flagelles, capsule, etc.) ;

• Aspects tinctoriaux (comportement vis à vis de différentes colorations) ;

• Types trophiques (aérobies, anaérobies, phototrophes, chimiotrophes, etc.) ;

• Métabolisme (glucides, protides, lipides, etc.) ;

• Critères immunologiques ;

• Critères pathologiques, etc.

Nomenclature des microorganismes Avant leur classification, il faut nommer et identifier clairement les microorganismes.

On désigne les microorganismes selon les règles du système binomial de nomenclature créée

par Linné vers 1750 et encore utilisé de nos jours. On désigne chaque organisme par son nom

de genre et aussi par un terme utilisé comme nom d’espèce. Ces deux noms sont en latin. Le

nom de genre commence par une majuscule, celui de l’espèce par une minuscule. Le genre et

l’espèce forment le nom scientifique du microorganisme.

Groupes taxonomiques Un système de classification biologique est basé sur une hiérarchie taxonomique. C’est

à dire une suite de groupes qui place l’espèce à une extrémité et le règne de l’autre.

Remarques :

• La classification des microorganismes est d’un grand intérêt. Quand on nomme et

qu’on classe un microorganisme il constitut un moyen de référence. Quand on étudie

un microorganisme on le compare avec ceux déjà existant. Il existe des collections de

microorganismes classées ;

• Les concepts taxonomiques sont en changement (non statiques). Les procédés de

classification en microbiologie connaissent régulièrement de modifications. Les

anciens arrangements taxonomiques laissent la place à de plus récents fondés sur de

nouvelles connaissances (accumulation de nouvelles données sur ces

microorganismes). Il y a donc apparition et disparition d’espèces.

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LES BACTERIES Introduction

Dans cette partie nous verrons les principales propriétés des bactéries. Cela nous sera

utile pour découvrir la grande diversité de types morphologiques et physiologiques des

bactéries.

Nous ouvrirons ce chapitre avec une description de la morphologie grossière des bactéries,

puis nous étudierons leur ultra structure.

La connaissance de la morphologie et de l’ultra structure des bactéries a été acquise à deux

moments différents :

• Observations de LEEUWENHOEK (révélation de l’apparence grossière des

microorganismes). L’amélioration de la microscopie optique associée aux techniques

de coloration a permis d’avoir plus de précisions sur la forme caractéristique des

cellules (dimension, groupement, forme et certaines structures externes) ;

• Utilisation de la microscopie électronique (1940). Observation des coupes ultraminces

de la cellule bactérienne (ultrastructure). Les techniques de désintégration de la cellule

ont permis l’isolement des constituants cellulaires et l’analyse chimique. Ce qui a

permis la découverte de la fonction.

Morphologie des bactéries Dimensions : Il est facile de comprendre pourquoi le microscope est nécessaire à l’étude des

bactéries puisque les plus grandes d’entre elles atteignent à peine une centaine de µm de

longueur. La longueur d’une bactérie coliforme comme Escherichia coli (bâtonnet) peut être

de 5 à 10 µm. Une goutte d’eau peut contenir plus d’un milliard de tels organismes. Les

staphylocoques et les streptocoques qui sont des bactéries sphériques ont un diamètre variant

entre 0,75 et 1,25 µm. Au plus fort grossissement du microscope optique (1000 à 1500X) les

plus petites parmi les bactéries (Rickettsies et Chlamidies) sont à peine visibles.

Forme : Les cellules bactériennes individuelles sont sphériques, en forme de bâtonnet ou

spiralées. Chacune de ces formes est importante pour décrire la morphologie d’une espèce.

Les bactéries en forme de petites sphères sont appelées des coques ou cocci. Les formes

cylindriques droites sont des bacilles ou bâtonnets. Les formes recourbées en virgule sont des

vibrions. Les formes hélicoïdales sont des spirilles. Ces formes sont les plus caractéristiques,

mais dans la nature on trouve des intermédiaires de ces formes typiques comme les

coccobacilles.

Groupement : Parmi les cocci, une autre distinction morphologique s’impose : ces coques

selon les espèces, peuvent former des groupements caractéristiques. Ils peuvent se rassembler

en paires (diplocoques), en chaînettes (streptocoques), en grappes (staphylocoques), en grappe

de 4 (tétrades) ou en groupe de 8 (sarcines) (fig.6).

Les bacilles ne forment pas de groupements variés comme les cocci. Certaines espèces

cependant ont tendance à se grouper par deux (diplobacilles) ou en courte chaîne

(streptobacilles).

Ces arrangements sont caractéristiques d’espèces, mais ne représentent qu’une tendance

générale. Ils peuvent varier beaucoup selon les circonstances. Ainsi sur un frottis de

streptocoques on peut aussi bien observer des amas de deux, quatre ou huit cocci, ainsi que

des grappes, aussi bien que la forme en chaîne caractéristique.

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Ultrastructure des cellules bactériennes

Structures extérieures à la paroi cellulaire

Les flagelles : Chez les protistes inférieurs on rencontre deux types de mouvement :

• Déplacement par glissement sur support solide. Le mécanisme de ce mouvement est

pour l’instant inconnu ;

• Mouvement utilisant des organes locomoteurs spécialisés les flagelles.

Les flagelles ou ciles sont extrêmement fins, invisibles au microscope optique sur des

cellules vivantes. Leur mise en évidence doit utiliser des techniques de coloration.

L’observation au microscope électronique permet de détailler leur forme, leur mode

d’insertion et leur dimensions. Ce sont des filaments sinueux généralement plus longs que

la bactérie elle même, de l’ordre de 6 à 20 µm. le point d’insertion du flagelle est

cytoplasmique. Les expériences au cours desquelles la paroi bactérienne est détruite par

une enzyme (lysozyme) aboutissant ainsi à la formation des protoplastes ciliés prouvent

en effet que le point d’origine du cil est le protoplasme et non la paroi.

On distingue chez les bactéries deux types principaux d’insertion des flagelles :

• Insertion polaire : le ou les cils sont insérés à une ou aux deux extrémités de la

cellule. La bactérie est monotriche si l’on ne rencontre qu’un seul flagelle à une de

ses extrémités. Amphitriche lorsqu’une touffe de flagelles émerge à chaque pôle.

Lophotriche lorsqu’une touffe émerge à un pôle.

• Insertion péritriche : la bactérie porte de nombreux ciles insérés surtout le pourtour

de la cellule. (Fig.7)

La connaissance du mode d’insertion peut être utilisé dans un but taxonomique. Par exemple

dans la famille des Enterobacteriaceae toutes les bactéries mobiles possèdent un système

flagellaire péritriche.

Les pili ou Fimbriae : L’existence des pili a été révélée par la microscopie électronique. Ce

sont des appendices filiformes différents des flagelles. Ils sont fréquents chez les bacilles

Gram négatifs. On en distingue deux catégories de morphologie et de fonction distincts :

• Pilis dits communs sont distribués en grand nombre autour de la bactérie (plusieurs

centaines). Ils sont fins, courts et rigides. On pense que leur présence est en rapport

avec les propriétés antigéniques de la bactérie.

• Pilis sexuels sont plus longs. Atteignant 20 µm et se terminent par un renflement. Leur

nombre est faible (1 à 4). Ils paraissent jouer un rôle indispensable au cours de la

conjugaison bactérienne dans le transfert du chromosome de la cellule dite ♂ à la

cellule ♀.

La capsule : de nombreuses bactéries synthétisent des substances organiques visqueuses

(polymères) qui entourent leur paroi d’une couche plus au moins compacte, sans structure

visible au microscope électronique (couche amorphe). Cette couche est dite capsule. La nature

des constituants capsulaires est fréquemment polysaccharidique quelquefois polypeptidique.

La capsule ne joue pas un rôle vital pour la bactérie. Une cellule dépourvue de sa capsule peut

croître et se multiplier. Les substances capsulaires, bien qu’elles ne soient pas indispensables

à la bactérie, constituent un réservoir de nourriture. Elles sont le support des propriétés

physiopathologiques et immunologiques (exemple : les pneumocoques capsulés sont

pathogènes. Injectés à la souris, ils provoquent sa mort après 24 heures. Les mêmes cellules

acapsulées perdent en même temps leur agressivité). Les capsules empêchent les défenses de

l’organisme hôte de se manifester, en protégeant les bactéries de la phagocytose. Les

substances capsulaires sont aussi le support de l’antigénicité. Injectées à un animal, elles

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l’obligent à synthétiser des anticorps protecteurs. D’un point de vue général, la capsule

protège la bactérie dans l’environnement contre de nombreux prédateurs (cas des

protozoaires), contre les bactériophages (virus qui attaquent les bactéries). Enfin elle protège

les bactéries contre les agents physiques et chimiques comme la dessiccation. Les capsules

peuvent nuire à certaines industries (exemple : papeterie, par accumulation dans l’outillage

comme les filtres).

La paroi cellulaire : La paroi se trouve au-dessus de la membrane cytoplasmique et au-

dessous de la capsule. Mis à part les mycoplasmes (groupe bactérien) toutes les bactéries

possèdent une paroi cellulaire. C’est une structure rigide qui donne à la cellule sa forme. Si on

enlève la paroi, on obtient des cellules sphériques des protoplastes. La paroi intervient

également dans l’équilibre de la pression interne des bactéries, de l’ordre de 5 à 20

atmosphères grâce à la présence d’un complexe dit peptidoglycane ou muréine ou

mucopeptide. L’épaisseur de la paroi varie de 10 à 35 nm chez la plupart des bactéries.

La composition chimique de la paroi est très importante pour différencier les bactéries des

autres protistes et aussi pour différencier les groupes des bactéries. La paroi est le site de

fixation des bactériophages. Elle renferme de nombreux antigènes qui correspondent aux

endotoxines de certaines bactéries. De nombreux enzymes peuvent détruire la paroi tel que le

lysozyme des larmes. Beaucoup d’antibiotiques inhibent sa synthèse. C’est le cas des

penicillines.

Certaines bactéries sont caractérisées par la présence au niveau de leur paroi d’acides gras à

très longues chaînes (> à C36), les cires. C’est le cas des mycobactéries (Mycobacterium

tuberculosis). Ces acides gras sont responsables des caractères de coloration dits acido-

alcoolo résistance ou Ziehl-neelsen positif.

Structures à l’intérieur de la paroi cellulaire Membrane cytoplasmique : son existence chez les bactéries peut être déduite de plusieurs

observations :

• La plus ancienne, phénomène de plasmolyse au cours duquel le cytoplasme d’une

bactérie placée dans un milieu hypertonique se rétracte, ne peut s’expliquer que par

l’existence d’une membrane ;

• En microscopie électronique, elle est individualisée morphologiquement sur des

coupes ultrafines ;

• Mieux encore, des membranes peuvent être isolées par centrifugation différentielle à

partir de protoplastes lysés en milieu isotonique.

Comme chez les eucaryotes, la membrane cytoplasmique chez les bactéries a une épaisseur de

7,5 nm environ. Chez les bactéries, la membrane contient plus de 50% de protéines :

• Des perméases responsables du transport des nutriments organiques et minéraux ;

• Des enzymes participant à la synthèse de l’ATP (enzymes de la chaîne respiratoire).

Chez les eucaryotes ces enzymes se situent dans les mitochondries. La membrane

intervient aussi dans la sécrétion des protéines, à l’image du réticulum endoplasmique

des cellules eucaryotes. Une fraction importante des ribosomes cellulaires adhèrent à

sa surface.

Le mésosome : structure formée par l’invagination de la membrane cytoplasmique. Ils ont une

forme vésiculaire, tubulaire ou lamellaire. Le mésosome est en étroite liaison avec le matériel

nucléaire. On pense qu’il joue un rôle dans sa division et la naissance du septum séparant les

deux cellules filles. On pense également que le mésosome joue un rôle dans la synthèse de la

paroi. Des observations récentes ont montré que ces structures peuvent être des artéfacts de

préparation.

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Cytoplasme et structures intra-cytoplasmiques : Le matériel cellulaire à l’intérieur de la membrane peut être divisé en :

• Une région cytoplasmique d’apparence granulaire et riche en ARN ; il s’agit des

ribosomes, sites de biosynthèse des protéines ;

• Une région liquide renfermant des granulations et substances de réserve. Différentes

substances chimiques peuvent s’accumuler dans le cytoplasme pour former des

granules appelés inclusions. Ces substances sont variables suivant les genres de

bactéries. C’est généralement du glycogène, de l’amidon, des lipides parfois chez

certaines bactéries du soufre, du fer ou des phosphates, etc.

• Chromatophores : chez les bactéries photosynthétiques, les ‘’organelles’’ spécialisés

au niveau desquels s’effectue la photosynthèse sont appelés chromatophores. Leur

structure est différente de celle des chloroplastes et leurs pigments photosynthétiques

sont appelés bactériochlorophylles (leur composition est différente de celle des

pigments chlorophylliens).

• Vacuoles à gaz. Rencontrées chez les cyanobactéries et les bactéries

photosynthétiques. Elles leur servent de flotteurs à la surface de l’eau ;

• Matériel ‘’nucléaire’’. Rappelons que, contrairement aux cellules eucaryotes, la

cellule bactérienne ne possède ni chromosomes denses, ni appareil mitotique pour la

division cellulaire, ni nucléole, ni membrane nucléaire. Dans la bactérie, la région

nucléaire, riche en ADN occupe une position près du centre et le matériel nucléaire est

au contact avec le système mésosome-membrane cellulaire.

Le matériel génétique de la bactérie est constitué d’un chromosome unique formé d’une

boucle d’ADN en suspension dans le cytoplasme. Dans le cas d’Escherichia coli, la longueur

a été évaluée à un millimètre (environ 500 à 1000 fois plus que la longueur de la cellule).

Les plasmides : en plus du chromosome, on trouve souvent chez les bactéries des éléments

génétiques extrachromosomiques : les plasmides. Ils sont capables de réplication autonome

dans le cytoplasme bactérien (indépendamment du chromosome). Les plasmides sont des

brins circulaires d’ADN bicaténaire, contenant des gènes supplémentaires (exemple : facteurs

de résistance aux antibiotiques)

Conjugaison chez les bactéries : La conjugaison chez les bactéries est une sorte de mécanisme sexuel primitif

découvert en 1946 par Ledberg et Tatum chez Escherichia coli. Elle consiste en un transfert

unidirectionnel de matériel génétique d’une cellule (donneuse) à une autre (receveuse). Le

donneur peut être considéré comme le ♂ et le receveur la ♀, si on les compare avec les

organismes supérieurs.

Le donneur possède un morceau d’ADN particulier qu’on appelle facteur F (fertilité) ; on dit

qu’il est génétiquement F+. Les cellules dépourvues de ce facteur sont dites F

-. Lors de la

conjugaison, il y a formation d’un pont cytoplasmique entre les deux cellules. Dans la

majorité des cas, seul le facteur F est transféré à la cellule, celle-ci devenant automatiquement

F+. Plus rarement, une partie du chromosome ♂ est transférée. Quelque fois, le facteur F est

incorporé au chromosome de la cellule ♂. Dans ce cas, le transfert du matériel

chromosomique ♂ à la cellule ♀ est beaucoup plus fréquent. Comme la durée du pont

cytoplasmique est variable, la quantité du matériel ainsi injecté à la cellule ♀ est aussi

variable. Elle peut aller d’un ou deux gènes au chromosome entier. Les cellules ayant ainsi un

facteur F accroché à leur chromosome sont dites Hfr (Haute fréquence de recombinaison).

Dans tous les cas, le facteur F est toujours le dernier à passer, s’il passe. Ainsi dans les

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combinaisons Hfr x F-, la bactérie ♀ reçoit souvent de nombreux gènes mais elle devient

rarement F+. On a découvert que le facteur F des cellules Hfr s’insérait toujours au même

endroit sur le chromosome. De même l’emplacement de la coupure dans le chromosome est

toujours le même. Le chromosome commence donc à pénétrer dans la cellule ♀ toujours par

la même extrémité et les différents gènes dont il est porteur entrent toujours dans le même

ordre. On a utilisé avec succès cette particularité du transfert chromosomique à des fins de

cartographie chromosomique. Si par des ultrasons ou toute autre agent physique on

interrompe la conjugaison à des temps croissants, on devrait s’attendre à ce que des

recombinants nouveaux apparaissent dans le même ordre chez les cellules ♀ que l’ordre des

gènes sur le chromosome ♂. C’est ainsi qu’on a déterminé l’ordre des gènes sur le

chromosome d’Escherichia coli.

Les spores Certaines espèces bactériennes sont capables de produire des spores, soit à l’extérieur de

la cellule végétative (exospores), soit à l’intérieur de la cellule végétative (endospore). Ce sont

des corps en sommeil métabolique produits à un stade avancé de la croissance.

Exospores : plusieurs espèces bactériennes les produisent. Streptomyces par exemple fait une

chaîne de spores (conidies) portées à l’extrémité d’un filament végétatif (hyphe).

Endospores : processus présent seulement chez les bactéries. C’est une cellule à paroi épaisse,

fortement réfringente et très résistante. Les endospores sont produites par les espèces du genre

Bacillus, Clostridium et Sporosarcina. Ces bactéries peuvent croître et se multiplier pendant

de nombreuses générations comme toute cellule végétative normale. Cependant à un moment

donné de la croissance d’une bactérie sporulente a lieu à l’intérieur du cytoplasme végétatif la

synthèse d’un nouveau protoplasme destiné à devenir une spore. (fig. 8)

Propriétés des spores :

Les spores peuvent résister à certains agents physiques et chimiques. Cas de la

thermorésistance : les spores peuvent survivre après chauffage de 70 à 80° C durant 10 mn.

Certaines résistent 8 H à 100° C. ce qui crée des problèmes au cours des opérations de

stérilisation dans les hôpitaux et les industries alimentaires. Résistance aux U.V et rayons X

supérieure à celle des cellules végétatives. Résistance aux désinfectants et antibiotiques

supérieure à celle des formes végétatives. Résistance à la dessiccation. Cette résistance est

attribuée à la tunique sporale et au cortex.

La situation des endospores dans les cellules ainsi que leur grosseur ne sont pas les mêmes

pour toutes les espèces. Certaines sont centrales : formées au milieu de la cellule. D’autres

sont terminales : formées à l’extrémité de la cellule et d’autres sont subterminales : formées

près de l’extrémité de la cellule. Le diamètre de la spore peut être plus grand ou plus petit que

celui de la cellule végétative (spores déformantes et non déformantes). Les spores peuvent

avoir des formes différentes : sphériques, elliptiques ou ovoïdes. La présence d’une

endospore, sa situation dans la cellule et sa grosseur et sa forme sont utiles pour identifier et

caractériser les bactéries.

Mécanismes de la sporulation :

• Arrêt total de la synthèse d’ADN et d’ARN. Invagination de la membrane cellulaire

pour former une structure appelée préspore ;

• Formation d’une série de couches qui vont recouvrir la préspore. Le cortex sporal

suivi d’une tunique sporale multicouche imperméable qui est responsable de la grande

résistance de la spore aux agents chimiques ;

• Libération de la spore après lyse de la cellule-mère. La spore présente une structure

complexe. Elle comprend des zones claires qui correspondent au matériel génétique et

des régions sombres qui localisent les ARN et les substances de réserves.

12

Germination de la spore : Lorsque la spore est placée dans des conditions favorables de croissance, elle subit une

série de transformations progressives et devient finalement une nouvelle cellule végétative.

• Activation de la spore par un agent capable de léser la tunique sporale (choc

mécanique, acidité, chaleur, etc.) ;

• En présence des conditions favorables d’hydratation et de métabolites effecteurs, les

constituants de la spore sont progressivement dégradés par des enzymes ;

• L’altération du cortex et des tuniques externes fait apparaître une nouvelle cellule

végétative comprenant le protoplaste sporale entouré de sa paroi ;

• Phase active de biosynthèse. La synthèse des protéines augmente progressivement. La

paroi sporale devient la paroi cellulaire, la synthèse d’ADN reprend. La cellule double

son volume et se libère de la tunique sporale.

Culture et croissance des bactéries Introduction :

Pour étudier les bactéries, il faut être capable de les faire croître en culture pure. Pour

cela, il faut connaître les types de nutriments dont elles ont besoin, ainsi que les différentes

conditions physiques qui permettent une croissance optimale. Il n’existe pas un ensemble

uniques de conditions pour cultiver toutes les espèces bactériennes. Elles sont hétérogènes

quant à leur besoins nutritifs et physiques. Certaines bactéries ont des besoins nutritifs

simples, d’autres en ont de très complexes. Il faut donc adapter les conditions de culture selon

les besoins de chaque groupe de bactéries.

Besoins énergétiques et élémentaires : Les bactéries se multiplient à partir des aliments présents dans les milieux de culture. Elles

ont toutes un certain nombre de besoins communs :

• Eau

• Source d’énergie

• Source de carbone

• Source d’azote

• Eléments minéraux

Source d’énergie :

En se référant à la source d’énergie, on peut reconnaître deux grandes classes de bactéries :

• Les phototrophes : capables d’utiliser l’énergie lumineuse pour leurs activités

anaboliques ;

• Les chimiotrophes : obtiennent leur énergie de l’oxydation de composés chimiques.

La photosynthèse est le mode de vie caractéristique des végétaux, des cyanobactéries et de

quelques espèces bactériennes. Dans chaque cas, grâce à l’énergie lumineuse, le processus

conduit à la synthèse d’ATP.

La photosynthèse bactérienne peut donc faire appel à des composés minéraux ou organiques

comme source d’électrons. On parle de bactéries :

13

• photolithotrophes quand le donneur d’électrons est minéral : Bactéries capables de

se développer dans un milieu purement minéral (bactéries sulfureuses pourpres et

bactéries sulfureuses vertes) ;

• photoorganotrophes qui nécessitent les composés organiques comme source

d’électrons (bactéries pourpres sulfureuses).

De la même façon, pour classer les bactéries chimiotrophes, elles puisent leur énergie des

composés minéraux ou organiques.

• Chimiolithotrophes si le donneur d’électrons est minéral ;

• Chimioorganotrophes si le donneur d’électrons est organique.

La grande majorité des bactéries rentre dans cette dernière catégorie : bactéries pathogènes,

bactéries des contaminations alimentaires et les bactéries utilisées dans l’industrie pour la

synthèse d’antibiotiques, de vitamines, d’acides aminés, etc.

Eléments indispensables à la croissance :

Source de carbone Tous les organismes vivants ont besoin de carbone. Certaines bactéries sont capables

de se développer en milieu inorganique contenant le CO2 comme seule source de carbone. Ce

sont les bactéries autotrophes. C’est le cas des bactéries phototrophes et la plupart des

chimiotrophes. Les autres exigent au contraire des composés organiques pour se reproduire et

sont nommés hétérotrophes.

Source d’azote Les bactéries ont besoin de substances azotées pour synthétiser leur protéines.

Quelques bactéries seulement sont capables de fixer l’azote moléculaire (cas des Rhizobium).

D’autres composés inorganiques peuvent être utilisés : les nitrates, les nitrites, l’ammoniac,

etc. La source d’azote peut enfin être organique.

Soufre et phosphore Ils tiennent une place de choix parmi les constituants minéraux de la cellule

bactérienne. Le soufre est présent dans certains acides aminés et donc dans les protéines. Le

phosphore fait principalement partie des acides nucléiques, de l’ATP et de nombreux

coenzymes.

Autres éléments Sodium, potassium, magnésium et chlore jouent un rôle dans l’équilibre physico-

chimique de la cellule. D’autres beaucoup plus nombreux sont partie constituante d’enzymes

ou de coenzymes tel que le fer des cytochromes.

Le calcium, le magnésium, etc. jouent un rôle d’activateurs d’enzymes.

Facteurs de croissance : Les facteurs de croissance regroupent trois catégories de substances :

• Les acides aminés synthèse des protéines

• Les bases puriques et pyrimidiques synthèse des acides nucléiques

• Les vitamines coenzymes ou précurseurs de coenzymes

(exemple : Nicotinamide NAD, transporteur d’électrons)

On classe les bactéries en deux catégories :

• Les prototrophes : ne nécessitent pas un apport de facteurs de croissance dans le

milieu de culture. Les éléments habituels déjà cités leur suffisent ;

• Les auxotrophes : exigent un ou plusieurs facteurs de croissance dans le milieu.

Exemple : dans un milieu contenant une source de carbone comme le glucose, une source

d’azote et des sels minéraux, Escherichia coli se développe normalement. Proteus vulgaris,

de la même famille qu’E. coli en est totalement incapable à moins que l’on ajoute à ce milieu

une faible quantité de Nicotinamide (vitamine). Cette substance, indispensable aussi bien à E.

14

coli qu’à P. vulgaris, est synthétisée chez E. coli et non chez P. vulgaris. Une expérience

rapide peut le confirmer : un extrait d’E. coli peut remplacer la nicotinamide au cours d la

croissance de Proteus.

Conditions physiques nécessaires à la croissance bactérienne En plus de donner aux bactéries les nutriments dont elles ont besoins, il faut aussi leur

apporter les conditions physiques qui vont permettre le maximum de croissance.

Les bactéries réagissent différemment aux conditions physiques de leur environnement. Pour

réussir à faire croître une bactérie, il faut une combinaison de nutriments appropriés et un

environnement physique convenable.

Influence de la température : (fig. 9) Les mécanismes de croissance dépendent des réactions chimiques qui ont lieu dans la

cellule. Les vitesses de réactions sont influencées par la température. Cette dernière va donc

avoir une profonde influence sur le développement des bactéries. Chaque espèce bactérienne

croît à des températures situées dans un intervalle déterminé. On distingue trois catégories de

bactéries :

• Bactéries psychrophiles (cryophiles) : isolées en grand nombre du sol, eau douce,

salée, air, aliments, etc. Elles poussent de façon abondante à 0 °C avec un minimum à –10

°C, un optimum entre 15 et 20 °C et un maximum généralement vers 30 °C. Le froid ne

tue pas les bactéries. C’est un excellent agent de conservation ;

• Bactéries mésophiles : beaucoup de saprophytes et toutes les bactéries pathogènes

pour l’homme et les animaux à sang chaud. La température optimale se situe à 18/25 °C

pour les saprophytes et 25/37 °C pour les pathogènes. La température minimale voisine 10

°C et la température maximale 45 °C ;

• Bactéries thermophiles : se développent à des températures élevées ; Variables suivant

les espèces de 50 à 55 °C. C’est le cas des bactéries des sources thermales. La température

minimale varie largement (25 à 45 °C). la température maximale atteint 60 à 70 °C,

parfois même jusqu’à 90 °C.

Influence des gaz atmosphériques : (fig. 10) L’oxygène et le CO2 sont les principaux gaz qui affectent la multiplication des bactéries.

Celle-ci réagissent différemment en présence d’oxygène moléculaire. On peut diviser les

bactéries de la façon suivante :

• Aérobies strictes : ne croissent qu’en présence d’oxygène ;

• Anaérobies strictes : ne peuvent pas se multiplier en présence d’oxygène ;

• Aérobies/anaérobies facultatives : peuvent croître en présence ou en absence

d’oxygène ;

• Microaérophiles : se développent mieux en présence d’une faible quantité d’oxygène.

Influence du pH : Les bactéries se multiplient en milieu neutre (pH : 7) ou légèrement alcalin. Contrairement

aux moisissures qui supportent des pH acides (pH : 3 à 6). Pour chaque bactérie existe des

limites de pH acides et alcalins au-delà desquelles elles ne peuvent se développer et un pH

optimum convenant le mieux à leur multiplication. La plupart des bactéries pathogènes ne

supportent pas des limites de pH > à 7,5 et < à 6,2. Le pH optimum est généralement compris

entre pH : 6,8 et pH : 7,2. Les bactéries saprophytes peuvent se développer entre pH 5 et pH

8,5. Certaines bactéries ont une préférence marquée pour les milieux fortement acides

15

(acidophiles) ou basiques (basophiles). Par exemple : les Vibrio se reproduisent au pH

optimal de 9 ce qui permet leur isolement sélectif. Thiobacillus thiooxydans a un optimum à

pH2.

Autres conditions : La température, le CO2, l’oxygène et le pH constituent les principaux facteurs qui

déterminent les conditions optimales de croissance de la majorité des espèces bactériennes.

Mais certains groupes de bactéries ont des besoins additionnels. Par exemple les bactéries

photosynthétiques ont besoin de la lumière. La croissance peut aussi dépendre de la pression

osmotique ; celle-ci est directement proportionnelle à la concentration totale des ions et des

molécules en solution dans le milieu.

• Des bactéries marines adaptées à un milieu contenant 35 g de sel/l doivent être

cultivées dans des milieux avec au moins 10‰ de sel et sont dites halophiles ;

• Les bactéries des saumures sont également adaptées à des concentrations élevées de

sel. C’est le cas de certains vibrions tel que V. costiculus ;

• Les bactéries cultivant sur les milieux hypersucrés comme les confitures sont dites

osmophiles.

Cultures des bactéries

Pour étudier une bactérie, il est nécessaire de cultiver celle-ci sur des milieux de

culture. Les milieux de culture contiennent les substances nutritives indispensables à la

croissance. Ils sont disposés dans des récipients stérilisés au préalable.

Les milieux sont liquides ou solides. Les bactéries troublent uniformément le milieu liquide

au cours du développement. Dans un milieu solide, elles s’accumulent en masse : colonies

dont les dimensions, les contours, la structure, etc. constituent un ensemble de caractères

précieux pour l’identification.

Milieux de culture Le choix d’un milieu de culture est fonction du but que l’on veut atteindre (étude

d’une cinétique de croissance, recherche d’une substance chimique, etc.) et des besoins de la

bactérie recherchée.

Milieux synthétiques et milieux empiriques : Les bactéries autotrophes ont des besoins

simples. Elles possèdent un équipement enzymatique qui leur permet de synthétiser tous leur

métabolites à partir de substances élémentaires.

Les bactéries hétérotrophes exigent, pour leur croissance, les substances qu’ils ne peuvent pas

synthétiser. Les milieux pour les hétérotrophes vont du simple au très complexe. Dans la

plupart des cas on utilise des milieux dits empiriques, parce qu’on ne connaît pas leur

composition chimique avec précision. Le plus simple et le plus utilisé est le bouillon nutritif

qui est à base de viande de bœuf.

Milieux d’isolement : Les milieux d’isolement sont des milieux solides de composition simple

sur lesquels de nombreuses espèces bactériennes peuvent se développer.

Milieux sélectifs : Quand un milieu de culture est ensemencé avec un grand nombre d’espèces

bactériennes, il est possible de favoriser artificiellement la croissance de l’une d’entre elles

(lorsqu’on connaît ses exigences nutritionnelles) ou en ajoutant au milieu un inhibiteur

chimique qui bloque la croissance de la plupart des bactéries excepté celle de l’espèce

recherchée : phénomène de sélection. Exemple : en cherchant des Staphylocoques dans un

produit soumis à l’analyse, on inhibe les espèces saprophytes dans ces milieux en utilisant

Nacl 75g/l qui sélectionne uniquement les bactéries recherchées.

16

Milieux d’identification : Les milieux d’identification comme leur nom l’indique permettent

l’identification des bactéries. Ils servent à mettre en évidence une ou plusieurs propriétés chez

une bactérie déjà isolée. Par exemple la fermentation d’un sucre, production de gaz comme

l’hydrogène sulfuré, présence d’enzymes, etc.

Culture pure des bactéries Les techniques d’étude des bactéries exigent toujours l’obtention de cultures pures. Les

produits soumis à l’analyse, comme les substances alimentaires, des échantillons de sol ou des

prélèvements d’air ou d’eau, contiennent la plupart du temps une grande variété de

microorganismes. Pour identifier et étudier toutes ces différentes espèces, il faut

obligatoirement les isoler les unes des autres et cultiver chacune d’elles séparément. Elles

donnent alors naissance à des populations homogènes, des cultures pures.

Méthode d’incorporation au milieu solide :

La technique d’isolement consiste à incorporer la suspension de bactéries ou la substance

à étudier ou une de leur dilution à un milieu gélosé préalablement refroidi à 45 °C. Après

homogénéisation, les milieux sont coulés en boîte de Pétri, solidifiés, puis incubés à la

température favorable. On obtient sur l’une ou plusieurs boites des colonies parfaitement

isolées.

Méthode des stries ou ensemencement par épuisement : (fig.11)

A l’aide d’un fil de platine bouclé stérile, on dépose une petite quantité d’un produit

renferment les bactéries à la périphérie de la surface d’un milieu solide. On fait en suite

parcourir le fil sur le milieu, en effectuant des stries parallèles et serrées sur la première moitié

de la boîte puis sur la deuxième moitié en partant du coté opposé. Finalement en faisant des

stries perpendiculaires aux stries de la deuxième moitié. Les colonies très nombreuses au

départ sont confluentes puis sont de moins en moins serrées pour être finalement isolées les

unes des autres.

Toutes ces techniques sont valables pour les bactéries aérobies, qui se multiplient au contact

de l’air, pour les anaérobies il est nécessaire d’éliminer l’oxygène libre du milieu. On utilise

pour cela la culture en profondeur en milieu solide ou la technique des jarres où la boîte de

Pétri est mise en anaérobiose. Elle a l’avantage d’assurer la croissance et l’isolement des

anaérobies à la surface des milieux solides.

Conservation des cultures pures Après avoir isolé un microorganisme en culture pure, il peut être nécessaire de conserver

cette culture vivante pendant un temps plus au moins long. Il existe plusieurs façons de

conserver les cultures pures de microorganismes. Pour une conservation à court terme,

pendant quelques mois, on peut entreposer les cultures à des températures froides (0 à 10 °C).

Pour la conservation à long terme, on les place dans l’azote liquide à –196 °C ou encore

déshydrater les cultures dans des tubes en même temps qu’elles sont gelées et scellées sous

vide : technique de lyophilisation.

Croissance des bactéries

La croissance est l’accroissement ordonné de tous les composants d’un organisme.

Chez les organismes pluricellulaires elle aboutit à une augmentation de taille ou de masse.

Chez les microorganismes unicellulaires, elle conduit à une augmentation du nombre

d’individus c’est donc l’équivalent d’une multiplication. Le milieu liquide constitue le milieu

favorable à l’étude de la croissance bactérienne. Il y a une bonne dispersion des cellules ;

d’autre part on peut suivre la croissance dans le temps par prise d’échantillons à des

intervalles de temps.

17

Méthodes de mesure de la croissance bactérienne : Les techniques de mesure de la croissance sont basées sur l’évaluation du nombre de

bactéries ou de leur masse par unité de volume ou de poids du milieu. La plupart des

méthodes permettent une estimation directe du nombre ou de la masse microbienne. On peut

dans certains cas utiliser des méthodes indirectes en mesurant un paramètre lié à l’activité

métabolique : consommation d’un substrat, une molécule excrétée dans le milieu, une

variation physico-chimique, etc.

Mesure du nombre :

Lecture au microscope (numération totale) (fig. 12) : technique couramment utilisée. On

se sert d’un hématimètre. Il s’agit d’une lame porte-objet dont l’une des faces est creusée

d’une cavité de profondeur connue et dont le fond porte des quadrillages de surface également

connue. La suspension bactérienne est placée dans la cuvette puis recouverte d’une lamelle.

Des volumes précis sont ainsi délimités au niveau des quadrillages dans lesquels les cellules

sont comptées au microscope.

Dénombrement après culture (numération viable) (fig.13) : le dénombrement des

bactéries viables est une méthode communément utilisée. Un volume fixe de la culture mère

ou des dilutions est étalé à la surface d’un milieu gélosé ou incorporé au milieu avant sa

solidification. Après incubation à une température convenable, le nombre de colonies

apparues correspond au nombre de cellules microbiennes présentes dans le volume analysé de

la suspension. Pour donner à la méthode le maximum de précision, la suspension doit être

rendue homogène par agitation mécanique.

Mesure de la masse :

Détermination du poids sec : les microorganismes sont récoltés par centrifugation ou par

filtration sur membrane. Après lavage, le culot ou le filtre est desséché à 100-110 °C jusqu’à

poids constant que l’on exprime généralement en gramme de matière sèche/ litre.

Mesure du trouble : c’est le procédé le plus utilisé pour évaluer la masse microbienne. Il

s’agit d’une méthode optique générale, basée sur la propriété que présente toute solution

d’absorber une partie de l’intensité d’un faisceau de lumière qui la traverse en ligne droite.

Des appareils spéciaux, spectrophotomètre et nephélomètre donnent directement la valeur de

cette absorbance à une longueur d’onde de 650 nm.

Constantes et expression mathématique de la croissance La croissance d’une bactérie placée dans des conditions idéales de culture peut être définie

par deux constantes : le temps de génération et le taux de croissance.

Temps de génération :

C’est l’intervalle de temps entre deux divisions successives ou celui nécessaire au

doublement de la population. Si nous partons d’une cellule bactérienne unique, son

accroissement se fait selon une progression géométrique : 1 2 4 8, etc.

Le temps de génération est donc le temps nécessaire à une bactérie de produire deux bactéries

ou à 8 bactéries de donner 16 bactéries, etc.

Dans une population microbienne, toutes les cellules ne se divisent pas au même rythme. La

croissance ne s’effectue pas par paliers mais au contraire d’une façon continue. Malgré cela,

le temps nécessaire au doublement de la population est constant et identique à celui exigé

pour le doublement d’une seule cellule.

Le temps de génération est donné par la formule : G = t/n.

Taux de croissance :

On le définie comme étant le nombre de divisions par unité de temps : µ = 1/G = n/t.

18

Expression mathématique de la croissance :

Si on considère une population bactérienne de concentration initiale X0, elle augmente à

chaque génération de la façon suivante :

• Après la 1ère

génération : X1 = 2 X0

• Après la 2ème

génération : X2 = 2 X1 = 2x2 X0 = 22 X0

• Après n génération : Xn = 2n X0

Cette équation peut être exprimée en fonction du taux de croissance (µ = n/t d’où n = µt)

Xn = 2µt

X0

La forme logarithmique de cette équation devient : log2 Xn = µt log22 + log2X0

La représentation graphique de la croissance s’effectue en coordonnées semi-

logarithmique. Le nombre ou la masse bactérienne étant traduit en nombre logarithmique sur

l’ordonnée, le temps en nombre arithmétique sur l’abscisse. Cette représentation a un double

avantage :

• Permet d’établir une courbe de croissance pour de très fortes populations

bactériennes ;

• La pente de la courbe exprime le taux de croissance.

Courbe de croissance

Nombre

de cellules

3

2 4

1

temps

� La phase de latence : le taux de croissance est nul (µ = 0) ;

� La phase exponentielle : le taux de croissance est constant et maximal ;

� La phase stationnaire : au cours de laquelle µ = 0

� La phase de déclin : le taux de croissance diminue (µ< 0)

Phase de latence : après ensemencement d’un milieu de culture convenable avec une petite

quantité de culture microbienne, on n’observe pas de développement immédiat. Il faut

µt = log2 Xn/X0

19

attendre quelques heures pour constater un trouble visible. Cette période s’appelle phase de

latence. La phase de latence peut avoir plusieurs significations :

• L’âge des bactéries inoculées est le premier des facteurs qui conditionne cette phase.

Lorsque l’inoculum est constitué de cellules jeunes, la phase de latence peut être très

courte. Elle est au contraire prolongée avec des bactéries provenant de culture en

phase stationnaire ou de déclin. ;

• L’adaptation des bactéries au milieu constitue le 2ème

facteur essentiel. Un inoculum

prélevé en phase exponentielle et introduit dans un milieu neuf de composition

chimique identique se multiplie instantanément sans aucune phase de latence. Si le

milieu n’est pas identique, les bactéries sont obligées de synthétiser de nouvelles

enzymes leur permettant la dégradation du nouveau substrat.

Phase exponentielle : fait suite à la phase de latence. Les bactéries se multiplient avec un taux

de croissance maximal et constant. Cette phase se traduit par une droite. La pente de celle-ci

est déterminée par le taux de croissance lui-même sous la dépendance des conditions

d’environnement comme la température, le pH, nature et concentration des aliments.

Phase maximale stationnaire : la phase exponentielle est brève. Le milieu devient de moins

en moins favorable à la croissance. Le nombre de cellules viables reste constant et correspond

à un équilibre entre le nombre de cellules provenant de la multiplication et le nombre de

cellules qui disparaissent par autolyse.

Phase de déclin : au cours de cette phase, les bactéries ne se divisent plus ou très peu.

Beaucoup d’entre elles meurent et sont lysées par les enzymes libérés. Le taux de mortalité

peut être constant comme le taux de croissance. Dans ce cas il est représenté par une droite.

Le nombre de cellules détruites est proportionnel au temps.

Les grands groupes des bactéries

Les myxobactéries (fig.14) Toujours unicellulaires et se présentent sous forme de bâtonnets leur dimension varie

de (0,6 - 0,9) x (3 – 8) µm.. elles sont Gram négatif. Leur caractère le plus remarquable est

leur aptitude à former des corps fructifiants dans les conditions défavorables. Ce sont des

agrégats cellulaires provenant de la migration de cellules végétatives et qui forment des

structures plus ou moins élaborées et diversifiées. Leur structure et leur pigmentation

constituent des caractères utiles pour la classification. Les cellules que contiennent ces corps

fructifiants sont plus résistants aux agents physico-chimiques (température, dessiccation,

irradiation, ultrasons, etc.) que les formes végétatives dont elles proviennent et sont pour cette

raison appelées myxospores.

Les myxobactéries ne présentent pas d’organes de locomotion. Ils se déplacent par glissement

(gliding). Les myxobactéries ont une paroi mince et flexible ce qui permet aux cellules de se

courber en arc. Elles sont non photosynthétiques.

Physiologie et écologie : les myxobactéries sont aérobies stricts, mésophiles,

chimioorganotrophes. Elles sont habituellement rencontrées dans le sol neutre ou légèrement

acide, sur les végétaux en décomposition, sur les écorces d’arbres. Elles peuvent décomposer

activement des macromolécules : protéines, amidon, cellulose, glycosaminopeptide des parois

bactériennes. La plupart des espèces peuvent tuer et lyser les bactéries, les levures, les

champignons et algues. Elles secrètent de puissants enzymes extracellulaires qui leur

permettent de digérer les constituants cellulaires de ces organismes.

Les spirochètes (fig. 15) Bactéries caractérisées avant tout par leur structure hélicoïdale, leur paroi mince et

flexible et leur filament axiale organe locomoteur interne qui leur confère une grande mobilité

20

(déplacement par mouvement ondulatoire en tire bouchon). Ce filament est composé de très

nombreuses fibrilles qui ont leur point d’insertion aux deux pôles de la cellule et qui viennent

se rejoindre en son centre.

Beaucoup de spirochètes sont Gram négatif, la longueur varie de 3 à 500 µm. la reproduction

se fait par fission binaire transversale.

Physiologie et écologie : Organismes hétérotrophes. La plupart sont anaérobies. En tant que

forme libre, les spirochètes sont saprophytes communs de l’eau et des boues. La plupart

vivent en anaérobiose dans les zones profonde des milieux aquatiques où il n’y a pas

d’oxygène. Les autres sont des parasites qui peuvent être pathogènes. C’est le cas des

tréponèmes. Exemple : Treponema pallidum, agent responsable de la syphilis. Parasite

obligatoire qui ne croit que dans des tissus vivants. C’est un parasite exclusif de l’homme. La

transmission de la maladie est directe et vénérienne.

Les eubactéries : (fig.16) Groupe diversifié. Renferme plusieurs sous-groupes :

Eubactéries photosynthétiques : Elles sont isolées pour la première fois des eaux thermales

sulfureuses (eau chaude riche en soufre). Elles se présentent sous des aspects morphologiques

divers. Leur multiplication se fait par fission binaire. Les eubactéries photosynthétiques ont

des pigments chlorophylliens chimiquement distincts de la chlorophylle a des végétaux. Ce

sont des bactério-chlorophylles. Il y en a au moins quatre :

• Bactériochlorophylle a ;

• Bactériochlorophylle b ;

• Bactériochlorophylle c ou 660 ;

• Bactériochlorophylle d ou 650.

Le pouvoir photosynthétique des eubactéries photosynthétiques est particulier. Il est

différent de celui des végétaux. Elles sont incapables de produire de l’oxygène au cours de

l’assimilation du CO2. Elles n’utilisent pas l’eau comme donneur d’électrons. Elles exigent un

donneur d’électrons qui peut être soit une substance minérale ou organique (H2, H2S, acide

lactique ou succinique).

Chez les végétaux : CO2 + 2 H2O CH2O+ O2 + H2O

Chez les bactéries : CO2 + 2 DH2 CH2O + 2D + H2O

Les bactéries photosynthétiques se rencontrent dans les eaux douces ou marines où elles

voisinent généralement avec des algues qui se développent en aérobiose dans les couches

superficielles. Recevant des rayonnements pénétrants distincts de ceux des algues, elles

peuvent se multiplier dans les zones les plus profondes des milieux aquatiques, en

anaérobiose, sans que leur croissance soit apparemment inhibée par la végétation des algues.

Les eubactéries au sens strict :

Sont les plus nombreuses et les plus importantes dans tous les domaines de la

microbiologie. Leurs propriétés physiologiques et biochimiques sont variées.

Beaucoup d’entre elles se rencontrent dans les milieux extérieurs où elles participent aux

transformations cycliques de la matière : cycle du carbone, d’oxygène, d’azote, du soufre et

du phosphore. Quelques unes sont responsables de maladies infectieuses : famille des

Neisseriaceae, exemple : Neisseria gonorrhoeae, Enterobacteriaceae, exemple : Salmonella

typhi. D’autres sont utilisées dans l’industrie pour la production d’enzymes, de vitamines,

d’antibiotiques, etc. Exemple : Lactobacillus.

21

Bactéries pédonculées (Prosthécates) :

Forme un groupe de bactéries Gram négatif, aérobies. Leur nom provient des

pédoncules ou tiges prolongeant la cellule et lui donnant une forme particulière.

Exemple :

Caulobacter

Corps cellulaire

Tige renflement

Les caulobacter sont des formes bacillaires ou vibrioniques. Leur diamètre est compris entre

0,5 et 1 µm et leur largeur varie de 1 à 3 µm. En culture pure, les caulobacter s’associent en

amas caractéristique ou rosette : tous les pédoncules se fixent les uns aux autres par les

extrémités adhésives. Les cellules émergent à la périphérie. Les eubactéries pédonculées ont

pour habitat le sol et les milieux aquatiques.

Les eubactéries filamenteuses :

Se présentent sous forme de très longues chaînes de cellules en bâtonnet, englobées

dans une gaine rigide et transparente, donnant l’impression d’être contenues dans un tube.

Cette gaine de nature organique est formée d’un complexe glucido-lipido-polypeptidique. Elle

est imprégnée d’oxyde de fer ou de manganèse. D’où le nom de bactéries ferrugineuses. Les

eubactéries filamenteuses sont Gram négatif. La reproduction se fait par libération de cellules

par l’apex des filaments.

Ce type de bactéries est présent dans les eaux ferrugineuses, mais surtout dans les eaux de

surface riches en matière organique. Elles forment de longs filaments floconneux flottant en

surface des eaux industrielles et des eaux usées. Elles se trouvent également dans le sol, les

eaux douces de rivières et des nappes souterraines.

Les bactéries mycéliennes (Actinomycétales) :

Elles forment le groupe important des Actinomycètes. Très diversifié, caractérisé par :

• Le polymorphisme : présence de formes différentes chez des microorganismes de la

même espèce ;

• Tendance à former des filaments ramifiés (hyphes) qui les rapproche de champignons.

Ce qui a fait que leur appartenance aux bactéries n’a pas toujours été reconnue.

Les actinomycètes sont bien des bactéries car :

• Leur structure interne est celle des procaryotes ;

• Sont sensibles aux bactériophages (virus qui attaquent les bactéries) ;

• Sont sensibles aux antibiotiques antibactériens et résistants aux antifongiques ;

• Ont des dimensions cellulaires comparables à celles des bactéries.

Les actinomycètes sont morphologiquement variés :

• Des bâtonnets irréguliers ;

• Des filaments ramifiés et non ramifiés ;

• Structure mycélienne.

Elles sont immobiles, Gram positif. De nombreuses actinomycètes sont fortement

protéolytiques (capables de dégrader des protéines en substances plus simples). Certaines sont

22

pectinolytiques, chitinolytique, cellulolytique. Les actinomycètes sont fréquemment

bactériolytiques grâce à des enzymes hydrolytiques capables de fragmenter le peptidoglycane

des parois cellulaires.

La propriété antimicrobienne des actinomycètes est aussi bien connue et nombre

d’antibiotiques thérapeutiques disponibles aujourd’hui sont produits par des espèces du genre

Streptomyces.

Les actinomycètes ont une distribution très large dans la nature. On peut les isoler de l’air, du

milieu aquatique, des aliments, du sol et des animaux. Certaines espèces sont dotées d’un

pouvoir pathogène. C’est le cas de Mycobacterium tuberculosis et Mycobacterium bovis qui

sont les agents de la tuberculose humaine et bovine. Mycobacterium leprae responsable de la

lèpre.

Les rickettsies : Parasites intracellulaires de certains groupes d’arthropodes suceurs de sang (poux,

puces et tiques) qui sont des hôtes-vecteurs, capables de transmettre l’infection par morsure

ou piqûre aux animaux ou à l’homme et d’engendrer ainsi des maladies graves d’allure

épidémique (contagieuses qui peuvent atteindre un grand nombre d’individus).

Morphologie et structure :

Les rickettsies comptent parmi les plus petites bactéries (300 à 600 nm). Elles se

présentent sous une forme bacillaire ou coccoïde. Elles sont Gram négatif et immobiles.

Pathogénicité :

Les rickettsies se multiplient seulement en présence d’une autre cellule vivante. Ce

sont des parasites obligatoires. Elles sont toutes potentiellement pathogènes pour l’homme.

Elles sont les agents des Rickettsioses, maladies graves souvent fatales comme le typhus

(fièvre avec des taches rouges sur la peau) transmis par le pou.

Généralement transmises par des insectes piqueurs, ces derniers deviennent infectés lorsqu’ils

prélèvent le sang d’une personne infectée et ils transmettent l’infection directement par la

piqûre ou par les excrément qui pénètrent à travers les couches endommagées de la peau.

Les réservoirs naturels de ces bactéries sont essentiellement les rongeurs sauvages (rats,

lapins, etc.) avec des hôtes vecteurs privilégiés.

Réservoir hôte-vecteur

Hôte définitif

hôte-vecteur

Rongeur sauvage arthropodes

Homme

arthropodes

23

Les chlamydies : Ont de nombreux points d’analogie avec les Rickettsies. Mais n’infectent que des

hôtes vertébrés. Elles sont parasites endocellulaires comme les rickettsies. Elles sont

pathogènes pour l’homme et les animaux.

Morphologie et structure :

Organismes coccoïdes de petite taille, immobiles. Sous leur forme infectieuse, rigide (corps

élémentaires). Ils pénètrent dans la cellule par phagocytose. A l’intérieur d’une vésicule

cytoplasmique, ils s’organisent en particules plus grandes à paroi mince non infectieuses dites

corps initiaux dont la multiplication intra-cytoplasmique donne naissance à des agglomérats

dits inclusions, facilement visibles au microscope. Puis de nouveaux corps élémentaires

apparaissent qui se libèrent de la cellule hôte altérée. Ces corps élémentaires sont capables

d’entreprendre un nouveau cycle de multiplication sur d’autres cellules intactes.

Pathogénicité :

Les chlamydies sont largement répondues. Elles sont responsables d’infections humaines ou

animales comme l’ornithose ou la psittacose (pneumopathie transmise par les perroquets et les

perruches) et le trachome, infection oculaire grave qui peut entraîner une cécité.

Les mycoplasmes : Sont des microorganismes dont la nature est restée longtemps obscure. Le premier

représentant décrit dans ce groupe est l’agent responsable de la péripneumonie (maladie

contagieuse du bétail). Leur structure mycélienne leur ont fait attribuer le nom de

mycoplasme (forme de champignon). Mais leur propriété la plus caractéristique est l’absence

de la paroi (ce sont des bactéries sans paroi). Les mycoplasmes sont caractérisés par leur

polymorphisme. Ce sont des cellules de très petite taille, immobiles, de grande plasticité et

d’une relative fragilité due à l’absence de la paroi.

Les cyanobactéries (fig. 17)

Ce sont des procaryotes mais ne font pas parti des bactéries. Plus de 2000 espèces sont

connues jusqu’à aujourd’hui. Elles sont uni ou pluricellulaires et autotrophes. Elles sont

constituées d’éléments identiques, isolés ou disposés en file linéaire. Les dimensions des

cyanobactéries varient entre 5 et 15 µm.

Structure cellulaire :

La cellule est entourée d’une paroi, essentiellement pectocellulosique. Elle comprend deux

parties fondamentales :

• Le chromoplasme périphérique ;

• Le centroplasme granulaire et incolore.

Chromatoplasme : zone située entre la membrane cellulaire et le centroplasme. Il se compose

d’un cytoplasme riche en pigments. Ces pigments sont nombreux : chlorophylle verte,

phycocyanine bleu-vert, phycoérythrine rouge, des carotènes et xanthophylles jaunes. Chez

les cyanobactéries existent la chlorophylle a et c, absence de b.

Le rapport quantitatif phycocyanine/phycoérythrine varie d’une espèce à l’autre ce qui

explique la diversité des couleurs que présentent les cyanobactéries et qui varie du bleu gris

au rouge en passant par le bleu vert.

Les cyanobactéries ne possèdent pas des plastes mais la microscopie électronique a révélé que

le chromatoplasme contient des thylakoïdes. Chacun d’eux est une vésicule membranaire très

aplatie. Ils correspondent aux doubles membranes des chloroplastes. Ces thylakoïdes sont

24

responsables de la photosynthèse. Le pouvoir photosynthétique des cyanobactéries est

identique à celui des plantes supérieurs.

Centroplasme : région centrale de la cellule. Il fait fonction du noyau. Il renferme de l’ADN.

Celui-ci n’est pas contenu dans des chromosomes. Il est à l’état non condensé.

Multiplication et reproduction :

La multiplication asexuée est leur seul mode de reproduction. La division binaire

(scissiparité) des cellules assure la multiplication des espèces unicellulaires et la croissance

des formes pluricellulaires. La multiplication asexuée est assurée par :

• Fragmentation des filaments trichomes donnant des hormogonies ;

• Des éléments résistants spécialisés : certaines cellules modifient leur contenu et

s’entourent d’une épaisse membrane ce qui leur permet de résister à la dessiccation et

de disséminer l’espèce. Ces éléments sont appelés spores.

Biologie et écologie :

Les cyanobactéries ont une distribution géographique très vaste. Elles ont une très

grande faculté d’adaptation. Elles peuvent être terrestres, d’eau douce ou marine. Elles

peuvent être planctoniques (développement en surface des eaux) ou fixées.

Les cyanobactéries sont remarquables par leurs exigences nutritionnelles extrêmement

réduites. En plus de leur capacité de photosynthèse, elles peuvent fixer l’azote atmosphérique.

Il existe parmi les cyanobactéries des symbiotes (vivent en symbiose avec d’autres

organismes vivants) qui s’associent avec des algues (exemple de Glaucocystis, algue

unicellulaire d’eau douce) ; avec des champignons (cas de certains lichens ou l’algue est une

cyanobactérie). Certaines cyanobactéries vivent en symbiose avec des animaux comme les

éponges.

Certaines cyanobactéries résistent à des températures élevées. On les trouve dans les eaux

thermales (60 à 70 °C). D’autres à des températures basses dans les neiges et les ruisseaux de

montagne.

Les virus

Historique La découverte des virus remonte à la fin du 19

ème siècle. En 1892, IVANOWWSKI,

botaniste russe, réussit à transmettre à un plan de tabac sain, une maladie végétale dite

mosaïque du tabac par l’intermédiaire d’un filtrat d’un jus provenant d’une plante malade.

Cette filtration, éliminant toute bactérie suggéra à cet auteur le rôle d’une toxine filtrable

comme responsable de la maladie.

En 1898, un autre botaniste BEIJERINCK, ayant repris les expériences d’IWANOWSKI

démontra que ce n’était pas une toxine qui passait à travers les filtres mais bien l’agent

infectieux lui-même, responsable de la mosaïque du tabac (le caractère infectieux du filtrat

permet de le distinguer d’une toxine). A la fin du 19ème

siècle les pathologistes étudiants les

maladies de l’homme et des animaux domestiques reconnaissent qu’un certain nombre de

maladies infectieuses n’étaient pas dues à des bactéries ou à des protozoaires mais à des

agents inconnus qui traversent les filtres utilisés pour les bactéries. Au début du 20ème

siècle,

le caractère invisible et filtrant des agents d’un grand nombre de maladies (poliomyélite, rage,

etc.) fut démontré. Tous ces agents infectieux, plus petits que tous les microorganismes jusque

là connus furent alors dénommés ultra-virus ou virus filtrant ou plus simplement virus. En

1935, on réussit à obtenir à l’état pur et cristallisé le virus de la mosaïque du tabac. Une année

après on découvre la nature nucléoprotéique des cristaux obtenus. A partir de 1939, grâce au

microscope électronique, on a pu préciser la teille des virus et montrer pour la 1ère

fois leur

forme. La méthode de diffraction aux rayons X a révélé les détails de l’organisation interne

des particules virales. Le rôle prédominant de l’acide nucléique dans le pouvoir infectieux fut

25

démontré en 1952. En 1956, on a démontré que l’acide nucléique purifié extrait des virus de

la mosaïque du tabac produit l’infection d’une plante saine.

Caractères généraux des virus Un certains nombre de caractères sont communs à tous les virus :

• Petite taille : ce caractère explique :

1. Leur filtrabilité : les virus ont la propriété de traverser les filtres

bactériologiques usuels ;

2. Leur invisibilité : les virus ont des dimensions inférieures à la limite de

résolution du microscope optique, ce qui pendant longtemps a empêché la

connaissance de leur forme et de leur structure ;

• Parasitisme intracellulaire obligatoire : dépourvus de tout équipement enzymatique,

les virus ne peuvent croître sur les milieux bactériologiques usuels et ne peuvent se

multiplier qu’à l’intérieur d’une cellule-hôte vivante ce qui provoque une atteinte

profonde de la cellule qui se traduit par une modification importante de son

comportement métabolique ou des lésions qui entraînent le plus souvent la mort de la

cellule infectée ;

• Spécificité : la spécificité des virus est en rapport avec leur constitution chimique et

elle est sous l’étroite dépendance du génome viral qui est responsable à la fois du

pouvoir infectieux et de l’élaboration des protéines de structure qui constituent les

antigènes viraux.

Morphologie et structure des virus Les particules virales ou virions se présentent sous différents aspects :

• Forme cylindrique ;

• Forme arrondie ;

• Forme allongée en bâtonnet

Structure générale Tous les virus sont constitués par une molécule d’acide nucléique enclose à l’intérieur

d’une couche de protéines qui forme la capside. L’ensemble capside et acide nucléique

constitue la nucléocapside.

La capside est formée par l’assemblage de molécules de protéines. Cet assemblage se fait

d’une façon précise et caractéristique selon deux types bien distincts :

• Formation d’une coque fermée ;

• Tube hélicoïdale.

A ces deux types d’assemblage correspondent deux types différents de capsides :

• Capsides icosaèdrique, caractérisée par une symétrie cubique ;

• Capsides hélicoïdales, avec une symétrie hélicoïdale.

Dans certains cas, la capside est enclose à l’intérieur d’une enveloppe dite peplos.

26

Capside icosaédrique :

Tous les virus sphériques ou polyédriques ont une capside icosaédrique constituée par

l’assemblage de molécules de protéines qui se groupent pour former les capsomères.

L’icosaèdre résultant de l’assemblage des capsomères possède :

• 12 sommets ;

• 20 faces constituées par des triangles ;

• 30 arêtes.

sommet

face

arête

capside hélicoïdale :

Les virions de nombreux virus des plantes possèdent une capside hélicoïdale tout à fait

différente de la capside icosaédrique. Le plus connu de ces virus, le virus de la mosaïque du

tabac, a servi comme prototype de description.

Au microscope électronique, le virion se présente comme un bâtonnet rigide et creux, de 30

nm de long environ et de 17 nm de large, constitué par un long filament d’ARN

monocaténaire enroulé en hélice comme un ressort. Sur cette hélice viennent s’insérer les

sous-inités protéiques toutes identiques entre elles et constituées par une simple molécule

protéique. Ces sous-unités se disposent à leur tour en hélice.

27

Constituants chimiques des virus L’analyse chimique nécessite des préparations pures de particules virales. La méthode de

purification la plus ancienne est basée sur la centrifugation différentielle dans des alcools mais

les préparations ne sont que partiellement purifiées.

Les méthodes modernes ont permis l’obtention de préparations hautement purifiées. Parmi

ces méthodes les meilleurs sont la chromatographie sur colonne de cellulose,

l’ultracentrifugation en gradient de densité. Sur ces préparations, on peut alors déterminer

avec précision la nature chimique de l’acide nucléique du virus, la composition chimique des

protéines structurales et des autres constituants viraux.

Acide nucléique :

Pour obtenir l’acide nucléique d’un virus à l’état purifié et libéré de toutes les protéines,

on utilise plusieurs techniques. Les principales sont :

• Extraction par le phénol ;

• Extraction par des détergents anioniques qui dénaturent et solubilisent les protéines et

libèrent l’acide nucléique dans la solution.

ADN viral : dans la plupart des cas l’ADN viral est bicaténaire (molécule à double brin).

Cependant certains ont une molécule à simple brin (ADN monocaténaire). Le poids

moléculaire de l’ADN viral est très variable : 1,2 à 1,8.106 à 160.10

6 daltons (1 dalton ≡ poids

d’un atome d’hydrogène). Cet ADN est linéaire ou circulaire.

ARN viral : comme l’ADN, on rencontre chez les virus à ARN des types monocaténaire et

bicaténaire. De nombreux virus des bactéries, des plantes et des animaux contiennent un ARN

monocaténaire. L’ARN bicaténaire est rencontré surtout chez les virus animaux.

Protéines virales :

Les protéines codées par le génome viral durant la multiplication intracellulaire du virus

peuvent être réparties en trois groupes principaux :

• Protéines permettant la duplication de l’acide nucléique viral (enzymes) ;

• Protéines altérant quelques fonctions ou structure de la cellule hôte ;

• Protéines de structure incorporées dans les particules néoformées du virus.

Les protéines capsidales protègent l’acide nucléique enclos à l’intérieur. Dans le cas des virus

dépourvus d’enveloppe, elles jouent en plus un rôle dans l’attachement spécifique des virions

aux cellules-hôtes par suite de leur affinité spéciale pour les récepteurs situés à la surface des

cellules sensibles.

Lipides :

Absents dans les virions non enveloppés. Constituent l’essentiel des enveloppes virales.

Les constituants des enveloppes virales sont des lipides d’origine cellulaire. La teneur en

lipide de ces enveloppes dépend des cellules sur lesquelles se sont multipliés les virus.

Classification des virus A l’époque où les virus étaient encore inaccessibles aux méthodes courantes d’études

morphologiques et physico-chimiques on les avait classés en trois groupes majeurs en rapport

avec les hôtes qu’ils infectent :

• Virus des bactéries (bactériophages) ;

• Virus des plantes ;

• Virus des animaux.

28

Cette division bien classique n’est cependant pas strictement exacte car d’une part, certains

virus des vertébrés se multiplient chez les insectes qui sont aussi les vecteurs de l’infection

chez l’homme et les animaux et d’autre part, certains virus des plantes se multiplient

également chez les insectes. On a pendant longtemps et traditionnellement utilisé une

nomenclature des virus qui a consisté à donner le nom de la maladie produite dans l’hôte

principal. Exemple : virus de la mosaïque du tabac, virus de la variole, virus de la

poliomyélite, virus de la rage, etc.

Par la suite, en raison d’une meilleure connaissance des virus, la nécessité d’une classification

en groupes de virus présentant des propriétés similaires est devenue évidente.

Le comité international de nomenclature a choisi le système de classification basé sur des

critères chimiques et structuraux :

• Nature de l’acide nucléique ;

• Symétrie de la nucléocapside ;

• Présence ou absence de l’enveloppe, diamètre de l’hélice pour les virus à symétrie

hélicoïdale et nombre de capsomères pour les virus cubiques.

Culture des virus L’impossibilité pour les virus, entités dépourvues de tout équipement enzymatique, de se

multiplier sur des milieux inertes a imposé dès leur découverte des méthodes spéciales

permettant d’obtenir leur multiplication sur des cellules vivantes.

La première méthode utilisée est l’inoculation aux animaux. Exemple : virus de la rage obtenu

par Pasteur et qui est encore à l’heure actuelle conservé par passage régulier dans le cerveau

de lapin.

Par la suite cette méthode est peu à peu abandonnée lorsqu’on a découvert que la

multiplication des virus pouvait se faire dans l’œuf de poule embryonné et surtout sur des

cultures cellulaires.

Culture dans l’œuf embryonné :

Procédé simple et économique. Il permet d’obtenir la multiplication de nombreux virus.

Utilisée d’abord pour le diagnostic d’un certain nombre d’infections virales et ensuite pour

l’obtention de grandes quantités de matériel viral nécessaire pour des études chimiques ou

pour la préparation de vaccins.

On utilise des œufs provenant d’élevages sains exempts de toute maladie à virus. Les œufs

doivent être fécondés et pondues depuis moins de 10 jours et conservés à une température de

10 à 15 °C. les œufs sont mis à incubation à 39,5 °C dans des étuves spéciales et doivent être

contrôlés après incubation pour s’assurer que l’embryon est bien développé.

Voies d’inoculation : sont nombreuses et varient suivant les virus.

Après inoculation, les œufs sont remis à incuber pendant un temps variable qui dépend du

virus. On procède ensuite aux divers prélèvements de la membrane chorio-allantoïdienne, des

liquides allantoïques et amniotique, etc. ensuite il faut rechercher les lésions qui traduisent la

multiplication du virus.

Cultures sur tissus ou sur cellules maintenues en survie :

C’est la méthode la plus utilisée. Les milieux de culture utilisés pour faire ces cultures

cellulaires doivent être stables pour obtenir une bonne croissance des cellules. Les milieux

doivent contenir des éléments indispensables :

• Sels minéraux (Na+, Ca++, K+, Mg++, Cl-, etc.) ;

• Corps organiques simples (glucides, acides aminés, etc. );

• Vitamines.

29

Effets des virus sur les cultures cellulaires :

Lorsqu’un virus entre en contact avec une cellule, plusieurs éventualités peuvent se

produire :

• La cellule ne possède pas à sa surface des récepteurs spécifiques nécessaires à la

fixation du virus. Il ne pourra pas se fixer sur la membrane cellulaire, ni pénétrer dans

la cellule et celle-ci ne sera pas infectée ;

• La cellule possède des récepteurs spécifiques permettant la fixation, puis la

pénétration du virus dans le cytoplasme. Le virus est ensuite débarrassé de sa capside

et l’acide nucléique viral, qui constitue le génome, est libéré. Le virus se multiplie

activement dans la cellule ce qui entraîne souvent la mort de la cellule. De nombreux

virions sont alors libérés.

Multiplication des virus Le fait que les virus ne renferment qu’un seul type d’acide nucléique ; qu’ils soient

dépourvus de tout métabolisme et incapables de se multiplier sur milieu inerte et qu’ils ne

peuvent se reproduire qu’au sein d’une cellule vivante à partir de leur seul matériel génétique

implique un mode de multiplication particulier.

Le virion représente la forme statique d’un virus qui est incapable de se reproduire dans son

état extracellulaire et qui doit obligatoirement pénétrer dans une cellule vivante pour utiliser

les systèmes de synthèse de la cellule normale qu’il infecte.

Schémas général de la multiplication des virus :

1. Pénétration dans la cellule-hôte

Les virions se fixent d’abord sur la cellule sensible au niveau des récepteurs spécifiques

de la surface cellulaire, puis pénètrent dans le cytoplasme.

2. Décapsidation

La capside du virion est ensuite dégradé par l’intermédiaire d’enzymes (décapsidases). La

décapsidation libère alors l’acide nucléique viral dans le cytoplasme.

3. Phase d’éclipse

Caractérisée par la disparition des particules virales infectieuses. C’est une phase durant

laquelle a lieu la réplication virale. Le génome viral libéré va servir de source d’information à

la fois pour sa réplication et la biosynthèse de différentes protéines : les unes sont des

enzymes de réplication, les autres sont des protéines structurales qui vont former les capsides

et éventuellement certains constituants de l’enveloppe.

4. Maturation

Dès qu’une certaine quantité d’acide nucléique et de protéines de structure est accumulée

dans la cellule, l’assemblage des capsides commence et au fur et à mesure de leur production

elles entourent l’acide nucléique viral pour former la nucléocapside des virions. C’est le

phénomène d’encapsidation.

Pour certains virus, l’acquisition d’une enveloppe se fait ultérieurement par bourgeonnement

lors de leur passage au travers des membranes nucléaires ou cytoplasmiques.

5. Libération

Etape finale de la multiplication au cours de laquelle les virions complets ainsi formés

sont libérés dans le milieu extérieur soit par lyse de la cellule-hôte, soit par bourgeonnement à

la surface cellulaire.

Les bactériophages Ce sont les virus des bactéries. Ils représentent pour les bactéries les agents infectieux qui

entraînent généralement la lyse et la mort des bactéries.

30

Historique La découverte du phénomène de bactériophagie remonte au début du 20

ème siècle (1915)

par Twort qui a observé que des colonies de microcoques se lysaient en boite de Pétri. Plus

tard on découvre qu’il s’agit d’une attaque par des virus (bactériophages).

Expérimentalement, on peut provoquer la lyse sur une culture d’E. coli en nappe. On dépose

des gouttes d’une suspension de coliphage (bactériophage qui infecte E. coli).

Dépôt de coliphages plages de lyse

Morphologie et structure Cas du phage T2

(phage actif sur E. coli)

tête

collier

gaine contractile

queue

cylindre central

fibres caudales

spicules

31

Le phage T2 est constitué de deux parties :

• Une tête hexagonale (950 A° de long/650 A° de largeur). C’est une capside formée de

capsomères qui renferment l’acide nucléique pletonné à son intérieur.

• Une queue (1000 A°). Elle comprend un canal creux de 80 A° de diamètre entouré

d’une gaine contractile de 250 A° de diamètre. L’extrémité de la queue est constituée par

une plaque terminale de forme hexagonale sur laquelle sont fixées six spicules et six minces

filaments (fibres).

Cycle de multiplication du bactériophage T2 :

Phase d’adsorption et de pénétration :

• Récepteurs bactérien : l’adsorption résulte de l’existence de structures

complémentaires présentes sur les bactéries et le phage. Un bactériophage ne se fixe pas sur

n’importe quelle bactérie. Cette spécificité se situe chez la bactérie au niveau de la paroi (les

phages sont incapables de se fixer sur les protoplastes). Les récepteurs phagiques sont situés

sur la couche lipoprotéique de la paroi d’Escherichia coli pour les phages T2.

• Fixation : elle s’effectue par l’intermédiaire des fibres caudales et de la plaque

terminale. (en mettant en présence des débris de phages et des bactéries, seules les queues

ou les fibres caudales se fixent ; les têtes ou l’ADN en sont incapables). Une enzyme,

lysozyme, située dans la queue du phage entre ensuite en action. Elle dépolymérise le

mucopéptide de la paroi bactérienne. Les destructions locales diminuent la rigidité et la

résistance de la paroi.

• Injection de l’ADN : la contraction de la gaine externe est alors déclenchée. Le tube

interne de la queue traverse la zone de moindre résistance, perce la membrane livrant ainsi

passage au filament d’ADN. Celui-ci pénètre dans le cytoplasme tandis que les enveloppes

phagiques vides restent à l’extérieur. Ceci peut être mis en évidence par le marquage

radioactif : ADN marqué au 32

P et les protéines 34

S. Au contact des bactéries sensibles, si on

les sépare on remarque que l’ADN est contenu dans les bactéries tandis que les protéines

marquées restent à l’extérieur.

Phase d’éclipse : Le virion après avoir injecté son ADN cesse d’exister en tant que particule infectieuse

indépendante. D’importants événements se succèdent alors. Cette étape est caractérisée

par de nombreuses synthèses phagiques :

• Inhibition des synthèses bactériennes : dès l’infection, la croissance bactérienne est

stoppée, ainsi que la synthèse de l’ADN bactérien. C’est alors l’arrêt total de toutes les

synthèses bactériennes enzymatiques et protéiques. Les autres structures cellulaires restent

pourtant intactes et fonctionnelles. Elles vont servir aux synthèses bactériophagiques.

• Synthèse des constituants phagiques précoces : le premier élément synthétisé est un

ARN messager de type phagique. En même temps des protéines nouvelles apparaissent. Ce

sont des enzymes nécessaires à la réplication de l’ADN viral (polymérases, kinases, etc.)

• Synthèse d’ADN : l’ADN viral est mis en évidence dans la bactérie 6 mn environ après

le début de l’infection. Sa synthèse est dirigée par l’ADN phagique injecté au cours de la

1ère

phase. Elle s’effectue au dépens des débris d’ADN bactérien et également grâce aux

métabolites présents dans le milieu.

• Synthèse des protéines : les protéines de structure (tête et queue) apparaissent 9 mn

environ après l’infection. Leur synthèse est dirigé par l’ADN phagique et les ARN

messagers. Elle s’effectue au niveau des ribosomes de la bactérie. Ainsi, la bactérie continue

32

son travail de synthèse mais c’est l’ADN phagique qui dirige les synthèses. Toutes les

substances élaborées sont alors de nature phagique.

Phase de maturation et de libération :

• Maturation : c’est vers la 12ème

mn après infection qu’apparaissent les premiers virions

dans la cellule bactérienne. Leur nombre augmente ensuite jusqu’à la phase de libération. Le

mécanisme de maturation, assemblage, est mal connu. L’ADN du phage se condense puis

s’entoure d’unités protéiques reconstituants la tête du phage. Les éléments de la queue

s’associent en suite. De nombreux virions sont ainsi formés.

• Libération : les virions formés au cours de la maturation sont au nombre de 100 à 200.

ils agissent sur la paroi grâce à une enzyme, cette fois de l’intérieur de la cellule. La bactérie

éclate et libère son contenu vers la 25ème

mn après infection.

Cycle lysogénique :

Il est propre aux phages dits tempérés, qui sont des phages à ADN bicaténaire. Dans la

lysogénisation, la phase d’adsorption et de fixation du bactériophage est la même que dans

le cycle lytique. Après la phase d’injection de l’ADN phagique dans la bactérie, il n’y a pas

de multiplication végétative. Le génome du phage est incorporé dans le chromosome de la

bactérie et se réalise ainsi un équilibre bien toléré pouvant se maintenir indéfiniment : c’est

la lysogénie. Les bactéries qui survivent à l’infection par un phage tempéré sont des

bactéries lysogènes. Dans certaines conditions on peut assister au passage au cycle lytique

spontanément ou après une induction par des agents physiques ou chimiques (rayons U.V,

rayons X, peroxydes, etc.)

Cette propriété lysogène est héréditaire et transmissible à la descendance plusieurs

générations successives.

phage tempéré prophage

b

Intégration de d’ADN viral

(prophage)

cellules filles avec

ADN viral

Nature de la lysogénie :

Pourquoi un bactériophage est-il virulent chez certaines cellules bactériennes alors que

chez d’autres il est réduit au prophage ?

Le chois entre les deux possibilités est dicté par la présence ou l’absence d’une substance

cytoplasmique de nature protéique qu’on appelle répresseur.

33

Si le répresseur est présent, le phage ne peut pas s’exprimer. Il est réduit en prophage

inactif. Lorsqu’il est absent le phage entre immédiatement en phase végétative. C’est à dire

formation de phages fils et lyse de la bactérie.

Le mécanisme de l’induction s’explique donc. Les agents physiques et chimiques cités ( U.V,

R.X, peroxydes, etc.) détruisent le répresseur. Le prophage se transforme en phage végétatif.

La preuve de l’intégration du prophage dans le chromosome bactérien et de l’existence

d’un répresseur cytoplasmique a été apporté par des expériences de conjugaison chez E. coli

K12 au cours de croisement entre une bactérie Hfr lysogène et une bactérie F- non lysogène.

Le prophage, inséré sur un segment de chromosome de la bactérie Hfr, après pénétration dans

la bactérie F- est activé et va pouvoir se multiplier et provoquer la lyse de la bactérie

réceptrice par suite de l’absence de répresseur cytoplasmique chez la bactérie non lysogène.

prophage

Hfr F- Hfr F-

F- éclatement de la cellule F-

Conséquences de la lysogénie :

L’intégration d’un prophage dans le chromosome d’une bactérie sensible, qui devient

ainsi lysogène, détermine chez elle des propriétés nouvelles qui n’ont aucun rapport avec le

cycle de multiplication. C’est le cas, entre autre, des changements de morphologie ou de

pigmentation des colonies, de la production de toxines ou d’antigènes nouveaux. Ce

phénomène s’appelle la conversion lysogènique.

Intérêt médical des bactériophages :

Dans certains cas, un bactériophage spécifique peut être utilisé pour l’identification d’une

espèce bactérienne ou la différenciation de types bactériens au sein d’une même espèce. Les

résultats de lyse d’une souche bactérienne par un phage donné est une indication de l’identité

de la bactérie. Cette technique porte le nom de lysotypie.

34

Notions d’immunologie

Introduction :

Un individu qui a déjà eu une maladie d’enfance, comme la rougeole, les oreillons, etc.,

résiste habituellement à une seconde infection. Il a développé une résistance à une maladie

causée par un pathogène spécifique.

On appelle immunité cette résistance. Comme elle s’acquiert lors d’un premier contact

avec l’agent infectieux, on parle d’immunité acquise.

L’immunité peut s’acquérir à la suite d’une vaccination ou d’une infection naturelle. Les

vaccins et les microorganismes stimulent donc les mécanismes de résistance de l’hôte. C’est à

dire son système immunitaire.

L’immunité acquise s’explique par le fait que le système immunitaire peut faire la

différence entre les cellules ou les substances de leur propre organisme et celles qui leur sont

étrangères. Principalement des cellules d’autres animaux, des virus, des toxines, des bactéries

et des vaccins.

Il existe un 2ème

type de résistance, résistance naturelle ou non spécifique. Elle dépend

d’un grand nombre de facteurs : état de santé général de l’hôte, son état nutritif, son âge, etc.

Quelques définitions : La résistance : ensemble de mécanismes et des facteurs qui permettent à l’homme de se

défendre contre les microorganismes.

L’immunité : production de molécules spécifiques = résistance spécifique.

Mécanismes généraux : résistance non spécifique. Ne sont pas dirigés contre des

microorganismes particuliers. Ils englobent :

• Les barrières mécaniques ;

• Les facteurs de l’environnement ;

• La réaction inflammatoire et la phagocytose ;

• L’âge, l’alimentation, etc.

Résistance non spécifique : La 1

ère ligne de défense de l’organisme est l’ensemble de ses barrières mécaniques.

• La peau : saine, elle est infranchissable par les bactéries et les virus. Les secrétions de

la peau, sébum et sueur, sont bactéricides. Quand il y a lésion au niveau de la peau, il y a

pénétration et installation des bactéries. Ceci entraîne la réaction inflammatoire avec la

production de pus.

• Surface des yeux : elle est protégée par le mouvement des paupières et l’action

nettoyante des sécrétions lacrymales qui renferment le lysozyme bactéricide. Malgré cela

l’œil reste une porte d’entrée pour les bactéries tels que les gonocoques, les staphylocoques,

les pneumocoques, les chlamidies, etc.

• Les poumons : sont protégés par la complexité des voies nasales et les parois

bronchiques (épithélium cilié recouvert d’une couche de mucus). Les particules de poussières

et les bactéries s’accrochent au mucus ; constamment véhiculé vers les vois supérieures par un

mouvement des cils. Certaines bactéries arrivent à vaincre ces obstacles. C’est le cas des

pneumocoques, de Mycobacterium, etc.

• Muqueuses gastro-intestinales : sont protégées par l’acidité gastrique et les sécrétions

biliaires et le mucus de la paroi intestinale. Cette protection varie avec les aliments. Certaines

bactéries arrivent à surmonter ces obstacles. Exemple de Salmonella typhi, Vibrio cholera,

etc.

35

• Muqueuses urogénitales : barrières mécaniques relativement efficace avec des

sécrétions de mucus et d’acide lactique à activité antimicrobienne. Beaucoup de bactéries

peuvent franchir ces obstacles. C’est le cas de Neisseria gonorrhea, Treponema pallidum, etc.

• Phagocytose : il s’agit de nôtre principal moyen de défense contre les bactéries après

la formation des anticorps. On rencontre les phagocytes à deux niveaux :

� Au niveau des tissus (macrophages et autres) ;

� Dans le sang (monocytes et granulocytes).

• Processus inflammatoire : c’est une réponse défensive des tissus. Il s’agit d’un

processus complexe impliquant une série de réactions dont l’ensemble contribue à la

destruction de l’agent infectieux. Ses manifestations sont :

� La rougeur (hyperémie) ;

� L’enflure (tuméfaction) ;

� La chaleur et la douleur.

L’hyperémie est l’engorgement sanguin de la zone impliquée du à une dilatation locale

des capillaires et une certaine effusion du sang dans les tissus. Les leucocytes peuvent envahir

la zone et venir phagocyter les bactéries. Il en résulte la formation du pus. L’élévation de la

température est due à l’afflux sanguin et les réactions chimiques dans les tissus.

Résistance spécifique à l’infection

Introduction : Le fait de contracter une maladie infectieuse donne habituellement une immunité

envers le microorganisme responsable de cette maladie. Cette immunité est spécifique en ce

qu’elle ne protège que contre le microorganisme en question et non contre les autres.

La durée de cette résistance varie énormément d’un microorganisme à l’autre et d’un sujet à

l’autre. Certaines infections induisent une immunité permanente comme la rougeole, la

varicelle, la coqueluche, la poliomyélite, la diphtérie, etc.

L’immunité peut s’acquérir à la suite d’une infection naturelle ou d’une vaccination. Les

vaccins et les microorganismes stimulent donc les mécanismes de résistance de l’hôte c’est à

dire son système immunitaire.

Le système immunitaire peut faire la différence entre les cellules et les substances de son

propre organisme et celles qui lui sont étrangères. C’est à dire les cellules d’autres animaux,

des virus, des toxines, des anatoxines, des bactéries et des vaccins.

La formation d’anticorps spécifiques Dans la majorité des cas, ce sont des substances en provenance de l’extérieur,

génétiquement et chimiquement étrangères à nous, qui induisent la formation des anticorps.

Les antigènes Ce sont des substances capables de stimuler un processus biologique complexe impliquant

la prolifération des cellules lymphoïdes et aboutissant à la synthèse par ces dernières de

molécules de reconnaissance, dites anticorps, avec lesquelles elles réagissent spécifiquement.

Ce sont les antigènes qui commandent la nature et les modalités des réponses immunitaires

Les déterminants antigéniques :

Toute substance, virus, bactérie ou autre qui agit comme antigène, possède sur sa surface

un certain nombre de sites réactifs ou déterminants antigéniques. Ces derniers sont

responsables de la spécificité de la réponse immunitaire et sont les sites qui réagissent avec

l’anticorps ou les lymphocytes sensibles.

36

Antigène anticorps

déterminants antigéniques

Les anticorps L’injection à un animal d’un antigène entraîne l’apparition de molécules de nature

protéique se liant spécifiquement à cet antigène. Les protéines douées de cette fonction de

reconnaissance spécifique sont appelées anticorps ou immunoglobulines Ig. Les anticorps font

parti des globulines, protéines du sérum sanguin.

Structure de base de la molécule d’anticorps :

La molécule de base d’Ig est le monomère. Il est constitué de 4 chaînes :

� 2 chaînes lourdes ;

� 2 chaînes légères.

site de fixation de l’Ag

chaîne légère

(L)

Chaîne

lourde (H)

Classes d’immunoglobulines Il y a cinq classes d’Ig. Elles ont toutes le même type d’unité structurale ou monomère.

• Immunoglobuline G (Ig G): 70 à 90% de la totalité des anticorps circulants. Leur

durée de vie moyenne est de 21 jours. Ce sont les anticorps les plus efficaces dans la

défense de l’organisme contre l’infection, et notamment contre les infections

bactériennes et virales. Les Ig sont transmises par voie trans-placentaire. Ce sont les

anticorps qui protègent l’enfant à la naissance. Elles sont également transmises par

l’allaitement maternel.

• Immunoglobuline M (IgM) : 3 à 10% de la totalité des anticorps circulants. Elles ne

traversent pas le placenta comme les Ig G. Les Ig M sont surtout formées lors du début

de la réponse anticorps primaire, c’est à dire au 1er

contact avec un antigène. Elles

37

laissent ensuite place aux Ig G. Chez les nourrissons les premiers anticorps élaborés

sont pratiquement toujours des Ig M.

• Immunoglobuline A (Ig A) : elles se trouvent :

� Dans le sérum (Ig A sériques). Elles représentent 5 à 25% des anticorps sériques.

Elles ne traversent pas le placenta.

� Dans les sécrétions (Ig A sécrétoires). Elles se trouvent en abondance dans les

sécrétions digestives, salive, larmes, mucus bronchique, le colostrum et le lait

maternel. Elles jouent un rôle de défense anti-infectieuse au niveau des

muqueuses digestives et respiratoires.

• Immunoglobuline D (Ig D) : représentent une très faible proportion des anticorps

circulants. Leur fonction n’est pas connu avec exactitude. On pense qu’elles interviennent

dans la régulation de la synthèse des autres Ig.

• Immunoglobuline E (Ig E) : représentent moins de 1% des anticorps sériques. Ce sont

les principaux anticorps de l’allergie. Lorsqu’elles sont associées à des antigènes, elles

provoquent des réactions allergiques ou d’hypersensibilité (réponse exagérée de

l’organisme). C’est le cas de l’hypersensibilité aux piqûres d’insectes, au pollen, à la

poussière, etc.

Mécanismes d’action des anticorps Les anticorps réagissent contre des microorganismes spécifiques, leurs produits toxiques

et d’autres composés. Selon leur type de réaction avec les antigènes on reconnaît :

• Les antitoxines : neutralisent les toxines. Les plus connues sont l’antitoxine

diphtérique, tétanique et botulinique. D’autres sont dirigées contre les venins de

serpents et d’insectes. Chacune de ces antitoxines est rigoureusement spécifique à

la toxine qui l’a induite.

• Les agglutinines : agglutinent les cellules bactériennes.

• Les précipitines : entraînent la précipitation ou la floculation d’extraits bactériens

ou d’autres antigènes solubles.

• Les lysines : brisent les bactéries ou d’autres cellules sensibles à leur action.

• Les anticorps fixateurs de complément : participent aux réactions de fixation du

complément.

• Les opsonines : n’exercent aucun effet destructeur direct sur les microorganismes

mais les rendent plus facilement phagocytables.

Anticorps (opsonines)

Récepteur d’Ac.

bactérie

macrophage

38

Les cellules de défense de l’organisme Les leucocytes sont des cellules sanguines dont il existe différentes sortes. Ils ne

renferment pas d’hémoglobine, sont incolore, d’où leur nom ( Leukos = blanc).

Les cellules phagocytaires : il existe trois catégories :

• Les polynucléaires les monocytes les macrophages

Les cellules phagocytaires sont définies par leur aptitude à ingérer et digérer les particules

vivantes ou inertes (phagocytose).

Les lymphocytes : ont le même aspect au microscope. Néanmoins ils sont hétérogènes par

leur densité, leur durée de vie et surtout par leur fonction. Il en existe deux familles

importantes :

• Les lymphocytes T : interviennent dans la phagocytose ;

• Les lymphocytes B : sont précurseurs de cellules productrices d’anticorps (les

plasmocytes).

La réponse immunitaire Les microorganismes qui ont vaincu les mécanismes de résistance naturelle de l’hôte

font alors face à ses mécanismes de résistance acquise. La réponse immunitaire à un

antigène prend deux formes :

• Réponse humorale : production d’anticorps ;

• Réponse à médiation cellulaire.

39

La réaction immunitaire

Agent pathogène

Macrophage

signal signal

Lymphocytes T4 auxiliaires

Lymphocytes T8 cytotoxyques lymphocytes B

anticorps

cellules mémoires

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Applications diagnostiques des réactions Ag-Ac.

Introduction

• On peut faire des épreuves in vitro pour mettre en évidence les anticorps dans les

liquides organiques comme le sérum (plasma débarrassé de la fibrinogène).

• On peut observer des réactions d’agglutination, de précipitation, de lyse des bactéries,

etc.

• Les anticorps responsables de ces réactions sont respectivement des agglutinines, des

précipitines et des lysines.

• L’étude de ces réactions antigène-anticorps porte le nom de sérologie. Elle mesure les

antigènes et/ou les anticorps présents dans le sérum. Si seulement un des composants

est connu, une réaction positive va révéler l’identité de l’autre.

Réaction d’agglutination Dans les réactions d’agglutination, l’antigène est une cellule ou une particule.

L’addition d’anticorps complémentaires provoque l’agglutination ou agrégation des cellules.

Il se forme un réseau entre les anticorps et les antigènes et cela entraîne la formation

d’agrégats.

On obtient la confirmation au laboratoire de certaines maladies infectieuses par

l’agglutination d’antigènes comme les bactéries avec le sérum du patient.

On peut aussi identifier des bactéries inconnues grâce à des réactions d’agglutination avec des

sérum contenant des anticorps connus.

Les tests d’agglutination peuvent être faits en tube ou sur lame.

Test en tube

Suspension bactérienne + antisérum spécifique agglutination

(antigène) (anticorps)

Test sur lame (observation microscopique)

Agglutination pas d’agglutination

41

La majorité des réaction d’agglutination bactériennes se font par dilutions successives

d’antisérum (sérum contenant les anticorps) dans des tubes contenant des antigènes.

Après incubation, on observe une agrégation et on détermine le titre. Le titre est une valeur

correspondant à l’inverse de la plus grande dilution d’antisérum donnant une réaction

positive. Exemple : le titre d’un antisérum qui produit une réaction positive à une dilution

1/256 (mais pas à 1/515) est 256. un titre élevé indique une plus forte concentration

d’anticorps.

Réaction de fixation du complément Système de complément : le complément trouvé normalement dans le sérum sanguin, forme

un groupe de protéines apparentées. On l’appel ainsi à cause de son effet complémentaire sur

certaines réactions immunitaires mettant en jeu des anticorps. Ce n’est pas un anticorps en ce

sens qu’il n’est pas fabriqué à la suite d’une stimulation antigénique. Il exerce une action

complémentaire aux anticorps (sans spécificité).

La réaction de fixation du complément se fonde sur la présence, dans le sérum, d’anticorps

fixateurs de complément : en présence de complément, ces anticorps lysent des cellules

spécifiques. Cette réaction détermine la présence d’anticorps spécifiques dans le sérum. Elle

comprend deux phases :

• Phase de fixation : consiste à incuber ensemble le sérum test, l’antigène et le

complément. S’il y a réaction entre l’antigène et l’anticorps sérique, le complément est

alors fixé ;

• Phase d’hémolyse : on utilise des anticorps anti-hématies (hémolysines, préparées en

immunisant des lapins avec des globules rouges de mouton). Si le complément a été

fixé pendant la réaction de fixation, il n’y aura pas d’hémolyse. Une hémolyse est

donc signe d’une réaction négative.

phase 1 phase 2

Ag Ac spécifique complément complément hématies hémolysine

(sérum) fixé de mouton pas

d’hémolyse

Réaction complémentaire positive

42

Ag absence Ac complément complément hématies hémolysine lyse

( sérum) non fixé des hématies

Réaction complémentaire négative

NB : les hémolysines sont des anticorps anti-hématies de mouton. Ils lysent les hématies

en présence du complément.

Réaction de précipitation Dans les réactions de précipitation, un antigène soluble réagit avec un anticorps

complémentaire. La réaction se manifeste in vitro par la formation d’un précipité visible à

l’interface de l’antigène et de l’anticorps.

Antigène

Anticorps

Interface

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Test de l’anneau :

C’est le test le plus simple des réactions de précipitation. On introduit dans un tube une

solution d’antigènes sur une solution d’antisérum. Ces deux solutions diffusent jusqu’au

moment où les concentrations sont idéales pour la précipitation. Il apparaît alors une zone

dense ou un anneau entre les deux zones claires.

Antigène

précipité (témoin d’une compatibilité entre l’Ag et l’Ac)

anticorps

Diffusion en milieu gélosé :

On pratique dans l’Agar d’une boîte de Pétri des petits puits circulaires dans lesquels on

peut déposer de petites quantités d’antigènes et d’anticorps en solution. Après un certain

temps, les molécules ont diffusées dans la gélose et à leur point de rencontre, si elles sont

spécifiquement complémentaires, elles forment une ligne visible de précipité.

Anticorps Antigène

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Immunofluorescence :

Les immunoglobulines peuvent être conjuguées avec des composés fluorescents divers,

sans perdre leur propriétés immunologiques, qui soumis à un rayonnement U.V émettent une

lumière verte, rouge, orange, jaune en fonction des composés fluorescents. L’observation est

faite au microscope à fluorescence.

Fluorescence directe

Nécessite un marquage de l’anticorps spécifique à l’antigène. Cette technique est surtout

utilisée pour le diagnostique bactérien : identification rapide des bactéries. Les anticorps

spécifiques du microorganisme recherché, marqués par un composé fluorescent se fixent sur

les antigènes de la bactérie en émettant une fluorescence au microscope.

Ac marqué bactérie

Bactérie avec Ac fluorescents

Fluorescence indirecte

Permet la recherche d’anticorps dans un sérum sanguin : Anticorps dirigés contre un

antigène connu.

Lavage fluorescence

Ag stabilisé Ac (sérum) Ac anti-Ac

marqué

Fluorescence persiste

NB : Si l’anticorps est présent dans le sérum, la fluorescence persiste après lavage.

Si l’anticorps est absent, après lavage pas de fluorescence.

45

Expériences réalisées au 19ème

siècle en faveur de la biogenèse

Expérience de Spallanzani (fig.1)

solution nutritive flacon fermé hermétiquement

Résultat :aucun microbe

Expérience de Schwann (fig.2) serpentin

bouillon stérile entrée d’air

Résultat : aucun microbe

Expérience de Schulze (fig.3)

Entrée d’air

bouillon stérile

acide

Résultat : aucun microbe

Expérience de Schröder et Dusch (fig.4) coton Expérience de Pasteur (fig.5)

Entrée d’air

bouillon bouillon

entrée d’air

Résultat : aucun microbe dans les deux cas

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Le groupement chez les cocci (fig. 6)

Coques isolés : Diplocoques :

Streptocoques : Staphylocoques :

Tétrades : Sarcines :

Arrangement des flagelles chez les bactéries (fig.7)

Monotriche Lophotriche

Amphitriche Péritriche

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Spores bactériennes (fig. 8)

Spores elliptiques, centrales et non déformantes :

Exemple : Bacillus cereus

Spores sphériques, terminales et déformantes :

Exemple : Clostridium tetani

Spores ovoïdes, subterminales et déformantes :

Exemple : Clostridium subterminale

Constituants d’une endospore :

Tunique sporale

Cortex sporal

Protoplaste

Matériel ‘’ nucléaire’’

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Influence des conditions physiques sur la croissance des bactéries

Température : (fig. 9)

croissance

température

minimum optimum minimum

Gaz atmosphériques : (fig.10)

Aérobies stricts anaérobies stricts aéro/anaérobies microaérophiles

Facultatifs

Méthode d’isolement par stries (ensemencement par épuisement) : (fig.11)

Goutte à analyser colonies

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Hématimètre pour Numération au microscope (fig. 12)

Vu de face quadrillages lamelle vu de profil

Dénombrement après culture (fig.13)

Echantillon 1 ml 1 ml 1 ml

dilutions

1 ml 1 ml 1 ml 1 ml

ensemencement

incubation

dénombrement

50

myxobactéries (fig. 14)

spirochètes (fig. 15)

eubactérie (fig.16)

cyanobactéries (fig. 17)