LES BACTERIES LES PLUS IMPORTANTES A

CONNAITRE

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Les bactéries ayant une importance en pathologie animale ou végétale ou en technologique

• Classification simplifiée des bactéries

• Les bactéries responsables de Toxi Infections Alimentaires Collectives

• Les germes d’altération ou responsables de pathologies non alimentaires

• Les bactéries des fermentations alimentaires

• Les associations plantes-bactéries

• Les bactéries pathogènes des végétaux et leur implication dans les OGM

• Les bactéries probiotiques

• Les bactéries utilisées ou potentiellement utilisables en biotechnologie

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Classification des principales bactéries

Les bactéries ou Eubactéries présentent une grande diversité, malgré des caractéristiques phénotypiques simples. Une première division sépare les bactéries à Gram négatif et celles à Gram positif. A l’intérieur de chacun de ces groupes figurent des familles regroupant des genres dont les caractéristiques sont semblables : exemple« Les bactéries à Gram négatif aérobies à microaérophiles, mobiles, spiralées ou vibrioïdes »Mais ces appellations regroupent parfois des genres bactériens sans aucune affinité.

Une description des bactéries les plus importantes pour votre culture scientifique va suivre. Mais à tire de repère vous trouverez en diapo 4 et 5, un tableau présentant une classification simplifiée des deux grands groupes : bactéries à Gram négatif et bactéries à gram positif

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Classification simplifiée: Gram négatifgroupe famille espèces

Les Spirochètes Borrelia

Les bactéries à gram négatif aérobies à microaérophiles, mobiles, spiralées ou vibrioïdes

Campylobacter Aquaspirillum

Les bactéries à Gram négatif incurvées peu ou pas mobiles

Les bacilles et coques à Gram négatif aérobies

Pseusomonadaceae AzotobacteriaceaeRhizobiaceaeNitrobacteriaceae AcetobacteriaceaeLegionellaceaeNeisseriaceae

Pseudomonas, AlcaligenesRhizobium, AgrobacteriumAcetobacter Nitrobacter , NitrosomonasLegionellaNeisseria

Les bacilles anaérobies facultatifs à Gram négatif

EnterobacteriaceaeVibrionaceaePasteurellaceae

Escherichia coli, Salmonella Vibrio

Les bacilles anaérobies à Gram négatif droits, courbes ou hélicoïdaux

Les bactéries dissimilatrices des sulfates ou réductrices du soufre

Les Rickettsies et Chlamydies

Les mycoplasmes

Les endosymbiontes

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Classification simplifiée: Gram positifgroupe famille espèces

Les coques à Gram positif MicrococcaceaeDeinococcaceaeAutres Genres de coques

MicrococcusStaphylococcusStaphylococcusEnterococcus

Les Coques et Bacilles à gram positif formant des spores

BacillesClostridies

Bacillus cereus B.thuringiensis B . stearothermophilusB. thermoacidodurans ou

coagulansClostridium acetobutylicumClostridium perfringens

Les Bacilles à Gram positif réguliers ne formant pas de spores

LactobacillesListeria et Brochothrix

Lactobacillus delbrueckiiLactobacillus acidophilusLactobacillus casei Lactobacillus

plantarumListeriaBrochothrix

Les Bacilles à Gram positif irréguliers ne formant pas de spores

Corynebacterium :PropionibacteriumBifidobacterium

Les Mycobactéries

Les Nocardiomorphes

Les bactéries dissimilatrices des sulfates ou réductrices du soufre

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Les bactéries responsables de TIAC: Toxi Infections Alimentaires Collectives

Une toxi infection alimentaire résulte de la multiplication des bactéries dans le tube digestif de l’hôte où elles libèrent des toxines. Une intoxination est une pathologie qui résulte de l’ingestion d’une toxine préformée dans l’aliment, que les cellules bactériennes soient encore présentes ou non, viables ou non. Une intoxication est due à l’ingestion de molécules toxiques liées à la présence de bactéries mais qui ne sont pas forcément des toxines bactériennes sensus stricto, comme par exemple des amines biogènes provenant de la protéolyse des tissus eucaryotes par des bactéries. .

Les Toxi infections alimentaires collectives

L’origine des contaminations alimentaires peut-être tellurique ou hydrique, les germes peuvent être aussi véhiculés par voie aérienne dans les poussières ou être naturellement présents dans les aliments, en particulier sur la peau et les muqueuses des animaux ou l’épiderme des végétaux. Les microorganismes du tractus digestif, dont bon nombre d’Entérobactéries, restent vivants dans les faecès et constituent la flore fécale. Ils peuvent contaminer les aliments au cours des manipulations, éviscérations, découpes à l’abattoir, mais aussi via le contact des manipulateurs ou des surfaces ou instruments de travail, lors de préparations ultérieures. Ce sont aussi souvent ces mêmes germes que l’on retrouve dans le sol ou les eaux insuffisamment traitées.

Dans le tractus digestif les principales bactéries responsables de TIAC sont Escherichia coli, Salmonella, Shigella et Yersinia parmi les entérobactéries, Campylobacter, mais aussi des Streptocoques ou Enterocoques. Il faut distinguer les salmonelloses dues à des infections par des salmonelles autres que typhi ou paratyphi responsables de typhoïdes essentiellement dans les pays où les eaux ne sont pas traitée. (pays en voie de développement, camps de réfugiés, pays victimes d’inondations graves)

La peau et les muqueuses sont plus souvent porteuses de Microcoques, Staphylocoques, Pseudomonas…. Les légumes sont souvent contaminés par des Erwinia (entérobactéries) des Pseudomonas ou ou des bacilles sporulés : Bacillus cereus, Clostridium.

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Les Toxi infections alimentaires collectives

Etat des lieux sur les risques alimentaires

De 1996 à 2003, les statistiques publiées révèlent presque 4400 épisodes de toxiinfections alimentaires pour environ 10 fois plus de personnes atteintes. En effet toutes les personnes atteintes ne font pas l’objet de déclaration : symptômes bénins, automédication… . Contrairement à ce qu’on pourrait penser c’est la restauration familiale qui est le plus grand pourvoyeur de TIAC : presque 40% des cas déclarés.

Les agents responsables sont d’abord les salmonelles pour 41% des cas, puis Staphylococcus aureus pour 18% et Clostridium perfringens pour 16%. Les autres germes responsables de TIAC du moins en France sont variés. Aux USA , Campylobacter est le principal agent responsable de TIAC. Actuellement deux pathogènes sont en progression : Yersinia et E.coli O157 ;H7

41%

18%

16%

5%

4%

16%Salmonella (hors typhi)

Staphylococcus aureus

Clostridium perfringens

Bacillus cereus

Histamine

Campylobacter, ListeriaClostridium botulinumE.Coli 0:15,H:7Yersinia Cryptosporidies , virus

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Les facteurs de virulence chez les bactéries pathogènesPour que des bactéries soient pathogènes, donc responsables de TIAC ou IA, elles doivent posséder trois caractéristiques essentielles : la capacité d’adhérer aux cellules de l’hôte, la production de substances toxiques et la capacité à la chélation du fer et éventuellement la capacité à envahir l’hôte infecté.

Les systèmes d’adhésion

Les systèmes d’adhésion sont en général associés à des gènes plasmidiques et à la production de fimbriae ou pili de nature protéique, ils peuvent aussi être constitués par des polysaccharides de la surface externe des bactéries qui soit sont reconnus par des sites récepteurs à la surface des cellules de l’hôte, soit reconnus par le système immunitaire.

peptidoglycane

espace périplasmique protéines

lipide A

polysaccharide

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Adhésion, adhésion-effacementLe protocole d’adhésion-effacement emprunté par les Escherichia coli entéropathogènes est complet et peut servir à illustrer le comportement des bactéries en général même si toutes les bactéries n’utilisent pas strictement le même protocole.les bactéries adhèrent aux cellules de l’hôte, provoquent des modifications morphologiques et fonctionnelles de la membrane des cellules de l’hôte

Les bactéries adhèrent aux microvillosités des cellules de l’épithélium intestinal, mais on ne sait pas encore à ce jour par quelle structure : fimbriae ou capsule. Elles synthétisent alors des protéines ESP secrétées par des systèmes de secrétion de type III qui ancrent la bactérie à la cellule épithéliale. Parmi ces Esp pour E.coli Secreted Protein EspA compose un filament creux qui permet l’injection d’une protéine spécifique.

Système de secrétion de type III

EspA: filament adhésif creux

EspB-D: protéines secrétées par Esp A formant un pore dans la membrane de l’höte

D’après Wales, Woodward, Pearson, 2005 J. Comp. Path

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Adhésion, adhésion-effacementLa bactérie secrète deux autres protéines:Tir pour Translocator intimine Receptor, qui s’incorpore à la membrane de la cellule épithéliale et l’intimine (gène eae).La bactérie secrète deux autres protéines:Tir pour Translocator intimine Receptor, qui s’incorpore à la membrane de la cellule épithéliale et l’intimine (gène eae). L’incorporation de Tir dans la membrane de la cellule intestinale déstabilise le cytosquelette qui maintenait la forme des microvillosités. Les microvillosités s’effacent. L’intimine vient adhérer à son récepteur: Tir ce qui stabilise l’adhésion de la bactérie pathogène à la cellule de l’hôte. De plus l’actine composant le cytosquelette est réorganisé pour former un piédestal lié à Tir. A ce stade le processus d’attachement-effacement est complet. Les échanges ioniques et les flux d’eau sont alors perturbés ce qui se manifeste sous la forme d’une diarrhée (cas des entéropathogènes)

Filament d’actine du cytoquelette

intimine Tir

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Les toxines

Les produits toxiques sont de deux origines : les endotoxines : constituant normal des parois bactériennes LPS et les exotoxines : molécules excrétées par les bactéries dans certaines conditions.

Les endotoxines Elles déclenchent essentiellement des réponses de type immunitaire : inflammation des tissus, élévation de la température. Ces réponses constituent le « choc septique », lors de l’ingestion massive d’endotoxines entraînant des conséquences graves sur tous les organes et en particulier sur le système cardiovasculaire. Les endotoxines sont constituées par le LPS, dont la partie polysaccharidique confère la solubilité dans les liquides organiques, alors que le lipide A serait la partie toxique, immunogène. Ces endotoxines ont été particulièrement bien étudiées chez E. coli, Shigella et Salmonella. Ces molécules très stables, résistantes à la chaleur sont libérées lors de la lyse des bactéries et la destruction des membranes externes.

Lipide A noyau central

Chaîne polysaccharidique

Chaîne polysaccharidique flottante

abéquose, colitose

Antigène O

Acides gras courts12 à 14 C

Lipide A

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Les exotoxines

Elles sont variées et ont des fonctions spécifiques.

Elles peuvent agir comme des phospholipases, (Legionelles, Staphyloccus ) capables d’altérer l’intégrité des membranes cytoplasmiques ou former des pores dans la membrane, ce qui induit la fuite des électrolytes intra cellulaire et la mort des cellules : c’est le cas pour la plupart des hémolysines, en particulier pour les hémolysines des E. coli O157,H7, qui sont entérohémorragiques : EHEC.

Elles peuvent aussi s’attaquer au système immunitaire soit en hydrolysant de manière spécifique les immunoglobulines (Nesseria) soit en neutralisant la réponse immunitaire : cas des Légionelles qui inhibent le métabolisme respiratoire des cellules et la libération de H2O2; ou jouer le rôle de super antigène qui suractive le système immunitaire et provoque un emballement de celui-ci comme avec l’entérotoxine de Staphylococcus aureus.

Enfin chez certains Escherichia coli, des toxines semblent responsables de lésions nécrosantes de la paroi intestinale : maladie de Crohn, voire peut-être aussi du syndrome de mort subite du nouveau-né.

Une classe de toxine est très étudiée, il s’agit des entérotoxines ou toxines excrétées par des bactéries pathogènes entériques. Les différents stratégies des Escherichia coli pathogènes vont servir de base à la compréhension des mécanismes d’action des entérotoxines

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Les entérotoxines ou exotoxines des entérobactériesLes différents stratégies des Escherichia coli pathogènes vont servir de base à la compréhension des mécanismes d’action des entérotoxines.

EPEC: Escherichia coli entéropathogènes

EIEC: Escherichia coli invasives

ETEC: Escherichia coli entérotoxinogènes

EHEC: Escherichia coli entérohémorragiques

Les Escherichia coli entéropathogènes EPEC ne dépassent pas le stade d’adhésion –effacement.

Les Escherichia coli entéroinvasives EIEC passent la barrière intestinale pour envahir tout l’organisme

Les Escherichia coli entérotoxinogènes ETEC secrètent des toxines qui perturbent le métabolisme des cellules de la muqueuese intestinale

Les Escherichia coli entérohémorragiques EHEC secrètent des toxines qui migrent dans le système sanguin

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E.coli entérotoxinogènes et entéroinvasivesPour les ETEC (enterotoxinogènes) la multiplication des bactéries provoque la libération de l’entérotoxine de type

cholérique. La toxine se fixe à un récepteur lipidique de la membrane de de l’hôte, s’internalise en finalement active l’adénylate cyclase. L’augmentation du niveau d’AMP cyclique induit une sécrétion active de chlorure et de carbonate hors des cellules de la muqueuse intestinale, et bloque l’entrée normale de sodium à partir de la lumière intestinale en direction du sang.

Le déséquilibre ionique entraine un flux d’eau au niveau des cellules de l’intestin grêle qui n’est pas compensée par la réabsorption de l’eau au niveau du gros intestin. L’ensemble de ces déséquilibres conduit à des pertes d’eau massives et donc une déshydratation extrême de l’organisme entier, qui peuvent entraîner la mort dans le pire des cas, des lésions irréversibles des reins chez les jeunes enfants et des attaques neuronales chez les personnes âgées.

Les EIEC (entéro invasives), sont capables de pénétrer par les vésicules d’endocytose, dans les cellules de l’hôte et de s’y multiplier. Ces bactéries vont traverser les faces internes des membranes des cellules épithéliales puis envahir tout l’organisme. La réponse de l’organisme est alors de type inflammatoire.

EIEC

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Les entérohémorragiques: type E.coli 0:157;H7

Les EHEC entérohémorragiques se multiplient et libèrent des exotoxines de type shiga-like-toxin ou verotoxine (Stx) qui s’internalisent dans les cellules épithéliales de l’intestin et en modifient le métabolisme jusqu’à la mort de ces cellules.La toxine peut aussi s’infiltrer entre deux cellules.

Verotoxine nom actuel: toxinequi tueles cellules Vero en culture

verotoxine(très grossie)

Polynucléaires

Macrophages

La toxine Stx inhibe la synthèse des protéines par un mécanisme spécifique : en inactivant la sous-unité 60S du ribosome, chez les cellules eucaryotes. L’inhibition est indépendante de l’activité peptidyl transférase. Stx inhibe la fixation de l’amino-acyl ARNt sur le ribosome

Purified Stxs have also been shown to induce apoptosis of epithelial and endothelial cells in vitro, Microbial Pathogenesis 38 (2005) 63–76Lisa M. Harrison,

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Polynucléaires

Macrophages

Vaisseau sanguin

Les entérohémorragiques: type E.coli 0:157;H7

L’action de la verotoxine et la libération de LPS à partir des cellules invasives lysées induit une réponse immunitaire ( cytokines, interleukines, anti-corps) et inflammatoire qui peut se généraliser au système sanguin, rénal et finalement au cerveau.

Thrombose

Interleukine

Cytokines, TNF

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Les sidérophoresLes sidérophores sont des systèmes particulièrement performants de chélation du fer. Le fer, est très abondant dans l’environnement , mais en général sous une forme non utilisable par les bactéries : oxydes ou hydroxydes, les ions Fe3+ ne dépassent pas une concentration de 10-1mM à pH physiologique. Les sels ferreux peuvent atteindre jusqu’à 100mM en anaérobiose.Les sidérophores sont des composés capables de se lier très fortement au fer III et de le transporter, et pour certains d’entrer en compétition avec les systèmes de chélation du fer de l’hôte : transferrine dans le sang , lactoferrine dans le lait.Ce sont des molécules de faibles masses molaires, dont l’affinité pour le fer III peut atteindre 10 23 . Ils sont libérés dans le milieu extérieur et vont à la conquête de fer.

porine

?

ou

Ils sont ensuite reconnus par des récepteurs membranaires de la membrane externe et traversent cette membrane par les porines chez les bactéries à Gram négatif, comme les Pseudomonas.

Le ferri-sidérophore traverse la membrane cytoplasmique; dans le cytoplasme le fer III est réduit dans le cytoplasme en fer ferreux, libéré dans le cytoplasme. Le sidérophore a une très faible affinité pour le fer ferreux, ce qui rend le mécanisme facile.Le sidérophore ressort dans le milieu extérieur et reprend le cycle précédent.

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Stockage du fer : bactérioferritines

Le fer ne reste pas libre dans le cytoplasme mais est stocké dans les bactérioferritines. Ce sont des boîtes creuses protéiques de 9 à10 nm de diamètre constituée de 24 sous-unités de 15 à 18 kD. Une sous-unité sur deux contient un groupement protohème, très proche du cytochrome b et un site catalytique ferroxydase. L’ensemble est percé de trous par lesquels le fer peut entrer et être stocké sous forme d’hydroxydes et de phosphates de fer III (jusqu’à 4500 unités métalliques par molécule de ferritine). Le fer entre et sort sous forme fer II, il est donc oxydé lors de son entrée et réduit lors de la libération. La ferritine sert aussi vraisemblablement au stockage du phosphate

Sous-unité de bactérioferritine

hème

Unité de bactérioferritine

Fer II

hème

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Les bactéries à Gram négatif

CampylobacterPseudomonasLes EntérobactériesEscherichia coliSalmonellaShigellaLes Vibrionacées

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Campylobacter C’est une bactérie spiralée thermotolérante qui pousse à 42-43°, microaérophile, oxydase positive, qui n’acidifie pas le milieu à partir de sucre. Elle est mobile au moyen de flagelles polaires, ne se développe pas aux températures habituelles de conservation des aliments, elle ne résiste pas au dessèchement, aux bas pH, ni à des taux d’oxygènes élevés, elle est stimulée par une augmentation de la teneur en CO2, ce qui pose des problèmes pour sa détection

Aux USA, en 2003 cette bactérie représente un grave risque sanitaire, les infections à Campylobacter déclarées s’élèvent à 3 000 cas par an soit 5 à 11% des intoxications alimentaires, et une estimation de 2 à 4 millions de personnes atteintes sans gravité. 500 décès par an sont dus à cette bactérie.(http://foodbornillness.com, oct 2009)

En France il n’y a pas eu de gros problème lié à la présence des Campylobacter, il y en a par contre en AngleterreLa contamination se fait essentiellement par la consommation de viande de volaille insuffisamment cuite notamment au barbecue ou de lait cru.C’est un contaminant très fréquent des viandes en particulier, volailles et porcs, elle fait partie de la flore du tube digestif des animaux qui ne sont en général pas affectés par sa présence, mais peut entrainer l’avortement du bétail, des hépatites chez les volailles, ou l’entérite hémorragique chez le porc.

En France 100% des carcasses de volailles peuvent être contaminées, ainsi que 70% des carcasses de porcs. .

Des troubles se produisent lors de l’ingestion de 500 à plusieurs milliers de cellules et souvent chez les enfants jeunes<3 ans, ce sont des nausées des vomissements et des diarrhées qui apparaissent entre 2 et 5 jours après ingestion. Les troubles sont dus à la sécrétion d’une toxine mais aussi au fait que cette bactérie peut-être invasive.Au moins deux exotoxines sont produites, dont une thermolabile ou entérotoxine et une cytotoxine. L'entérotoxine est une protéine de 60 à 70.000 de poids moléculaire, inactivée à 56°C en 1 h ou à 96°C en 10 mn, partiellement inactivée à pH 4 et complétement détruite à pH 2 et 8. Cette toxine provoque une inactivation de l’adénylate cyclase (fuite des chlorures des cellules envahies et un afflux d’eau dans le tube digestif).

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Pseudomonas

Ce sont des bacilles droits ou incurvés mais pas vibrioïdes, longs de 1,5 à 4 µm, mobiles au moyen de flagelle polaire simple ou multiple. Leur métabolisme est exclusivement respiratoire, jamais fermentaire même si elles produisent un peu d’acide à partir des sucres en aérobiose. De nombreux Pseudomonas dont aeruginosa et certains fluorescens réalisent la respiration nitrate..Elles sont hétérotrophes, toujours catalase positive et le plus souvent oxydase positive, elles ne possèdent pas de pigment photosynthétiques mais peuvent produire des pigments. Elles ne produisent pas d’indole à partir de tryptophane, n’acidifient pas le milieu au test rouge de méthyle et ne produisent pas d’acétoïne

Ce sont des pathogènes opportunistes, c’est à dire qui infectent en général un organisme déjà affaibli, et dont les réponses immunitaires sont amoindries. Elles sont plus souvent des germes d’altération que réellement responsbales de TIACL’agent principal de virulence des Pseudomonas est la présence d’exotoxines, c’est à dire de molécules secrétées par les bactéries. En général ces exotoxines sont des phospholipases qui altèrent la couche phospholipidique des membranes cellulaires et forment des pores. L’altération de la membrane provoque une fuite des liquides cytoplasmiques et la mort des cellules. Ceci entraine une réponse de type inflammatoire de la part du système immunitaire. Si l’invasion bactérienne est très importante, cette réponse peut entrainer la mort de l’organisme infecté.

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Les entérobactériesA l’origine le nom de la famille est lié au fait que ces bactéries ont été isolées du tube digestif des Mammifères. Cependant dans la famille des espèces sont pathogènes des plantes, mais leurs caractéristiques sont très voisines

Caractéristiques généralesCe sont des bacilles à Gram négatif, mobiles au moyen de flagelles péritriches, ou non mobiles; aérobies facultatifs, ce qui veut dire qu’elles se développent mieux en présence qu’en absence d’oxygène. Elles produisent une ou des catalases mais donne une réponse négative au test oxydase. Elles peuvent utiliser les nitrates pour effectuer une respiration nitrate, mais sans convertir les nitrates ni en azote , ni en ammoniaqueElles produisent des acides à partir de glucose, même en présence d’oxygène. La fermentation du glucose se fait selon deux modes : la fermentation acides mixtes et la fermentation du butanediol. La plupart sont résistantes à la présence des sels biliaires qui sont présents dans leur habitat d’origine.

Les genres principaux peuvent être séparés par des tests simples présentés dans la diapo suivante.Ce sont :

-Enterobacter -Escherichia-Proteus-Erwinia-Hafnia-Citrobacter-Shigella-Salmonella-Edwardsiella-Serratia-Klebsiella

Ces bactéries sont considérées comme des coliformes

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RM+ ,VP- RM- , VP+

Proteus

Klebsiella

Serratia

Enterobacter

Escherischia

Shigella

Citrobacter

Edwardsiella

Salmonella

uréase +

uréase -Mobile, ODC-

non mobile, ODC+

H2S+

H2S-

gaz<glc

pas gaz

KCN+

KCN-

indole+, citrate -

indole -, citrate+

Gélatinase +, DNA ase +

gélatinase -, DNAase -

VP+ ou-

Erwinia

VP+ ou-

Hafnia

Clef des entérobactéries

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Escherichia coli et les coliformesLa bactérie bien évidemment la plus connue est Escherichia coli. Elle est présente dans le tube digestif de l’Homme et des Mammifères, bien que ne représentant pas la flore dominante, (mais 80% de la flore aérobie), ce n’est pas une espèce typiquement pathogène. Elle joue un rôle prépondérant dans le tube digestif parce qu’elle synthétise des vitamines (K), qu’elle absorbe très rapidement l’oxygène stabilisant les conditions d’anaérobiose nécessaire au fonctionnement de la partie basse du tube digestif (gros intestin). Les espèces sauvages n’ont pas d’exigences nutritionnelles particulières, et utilisent une grande variété de substrats carbonés.

Les coliformesDans un grand nombre de cas, la recherche ou le dénombrement d’ Escherichia coli ou des coliformes fécaux est utilisé

comme indicateur de contamination des eaux ou de certains produits. Ces bactéries : Escherichia, Citrobacter, Enterobacter et Klebsiella en grand nombre dans le tube digestif, survivent plus longtemps que les autres pathogènes, (jusqu’à 20 semaines). Ils sont donc un bon témoin de la contamination initiale des produits, de l’hygiène de manipulation. De plus les techniques destinées à dénombrer ces germes sont performantes et faciles à utiliser.

Il n’est pas nécessaire d’identifier formellement les souches pour conclure à la contamination puisque le plus souvent c’est seulement à titre d’indicateur que ce dénombrement est effectué.

Sont définis comme coliformes totaux les bactéries qui à 30°C forment des colonies caractéristiques en gélose lactosée biliée au rouge neutre et cristal violet, lorsque l’essai est pratiqué selon la méthode spécifiée. Norme ISO 4832

Et comme coliformes fécaux les bactéries qui à 44°C forment des colonies caractéristiques en gélose lactosée biliée au rouge neutre et cristal violet, lorsque l’essai est pratiqué selon la méthode spécifiée. Norme NFV 08-17. les colonies caractéristiques sont violacées d’un diamètre de 0,5 mm ou plus parfois entourées d’une zône rougeâtre due à la précipitation de la bile.

Escherichia coli est déterminé par les réponses ++-- ou -+-- au test IMViC

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Test IMViC

I : pour production d’indole à partir de tryptophane dans une eau peptonée exempte d’indole (réactif de Kovacs, couleur rouge cerise quand positif)

M : pour rouge de méthyle: l’indicateur initialement rouge orangé, vire au rouge prononcé à l’addition dans une aliquote de milieu de Clark et Lubs après 18 heures de culture, acidifié par les produits de la fermentation des acides mixtes, la réponse négative est indiquée par une couleur jaune du réactifVi: pour Voges-Proskauer, apparition d’une coloration rose, lors de l’addition dans une aliquote de milieu de Clark et Lubs après 18 heures de culture, de créatine et/ou -naphtol en milieu basique bien oxygéné. La coloration correspond à la détection de l’acétoine, c’est-à-dire à la voie du butane–diol qui neutralise le milieu rendu acide par les acides mixtes

C: pour citrate; les bactéries capables d’utiliser le citrate du milieu, se développent dans un milieu où la seule source de carbone est le citrate de sodium. Le développement traduit la présence d’une perméase au citrate.

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Pathogènicité des Escherichia coli

Bien que constituantes de la flore banale du tube digestif certaines souches peuvent être ou devenir virulentes,  en particulier chez les personnes fragiles : jeunes enfants, personnes immunodéprimées naturellement ou non, personnes âgées.

Elles peuvent alors occasionner des troubles intestinaux, diarrhées plus ou moins graves ce sont les E. coli entéropathogènes (EPEC) et entérotoxinogènes (ETEC) et des bactéries plus dangereuses les entérohémorragiques (EHEC) et entéro invasives (EIEC) : Parmi les souches les plus dangereuses : la souche O157, H7 est responsable de diarrhées hémorragiques. Voir facteur de virulence, adhésion et exotoxines

Cette souche représente un vrai problème aux USA: 73 000 cas /an avant 2005, avec des épisodes infectieux très graves. A ce jour elle n’est pas signalée comme posant des problèmes en Europe. En Auvergne moins de 10 cas ont été signalé les dernières années, ce qui ne veut pas dire que cela n’arrivera pas très rapidement d’autant plus que les scientifiques ne savent pas pourquoi cette souche est restée surtout présente aux USA, malgré les échanges économiques de denrées alimentaires et de voyageurs potentiellement porteurs de germe.

En 2005 : un foyer de 70 cas a été identifié dans le quart Sud –Ouest et depuis aucun épisode épidémique n’a été déclaré en France.

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SalmonellaC’est une bactérie habituellement mobile qui en général fermente le glucose avec production de gaz (hydrogène lyase), forme du SH2 et n’utilise ni le lactose , ni le saccharose. Toutes les souches sont pathogènes avec plus ou moins de virulence. Salmonella typhi et paratyphi sont responsables des fièvres typhoïde et paratyphoïde. La plupart des autres souches de salmonelles sont responsables de gastro-entérites 12 à 36 heures après ingestion d’aliments contaminés, traduites par des vomissements des diarrhées parfois sanglantes, des douleurs abdominales et des fièvres élevées. Ces symptômes disparaissent spontanément chez des individus en bonne santé mais peuvent entraîner la mort chez des malades fragiles. La dose minimale infectante est élevée : 105 à 106 germes mais dans certains cas quelques bactéries sont suffisantes pour provoquer une gastro-entérite : entre janvier et mai 2005, 140 nourrissons de moins de trois mois ont été infectés en région parisienne.

600 analyses ont été effectuées pour rechercher l’origine de la contamination, donc 420 prélèvement sur l’environnement de la chaîne de production: seuls 6 prélèvement de l’environnement ont détecté des salmonelles de la souche enterica impliquée dans l’épidémie. Sur les boîtes non complètement consommées retrouvées (27) 270 analyses par fraction de 25 g ont permis de détecter la présence de salmonelles sur 4 boîtes pour lesquelles 1 ou 2 prélèvements par boîte étaient contaminés.

Quelques salmonelles peuvent aussi entraîner des infections articulaires, des endocardites…. Les produits les plus souvent contaminés sont les volailles, les viandes, les œufs et ovoproduits

La pathogénicité des salmonelles est voisine de celle des EIEC et ETEC. Elles peuvent se multiplier à l’intérieur des cellules de la muqueuse intestinale et excréter des toxines qui passent par la voie sanguine. De plus les salmonelles possèdent des sytèsmes de destruction des FRO très performants (FRO formés par les macrophages) et ont donc la capacité à se multiplier dans les cellules de l’immunité. Le LPS (endotoxine) st lui responsable du choc septique (lipide A).

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Shigella

Ce sont des bactéries proches du genre Escherichia.

Elles peuvent occasionner des troubles intestinaux, diarrhées plus ou moins graves, avec la même stratégies que les E. coli entéro invasives (EIEC) : Parmi les souches les plus dangereuses : la souche O157, H7 est responsable de diarrhées hémorragiques. Voir facteur de virulence, adhésion et exotoxines

Cette souche représente un problème majeur dans les pays en voie de développement , là où les eaux sont insuffisamment traitées (camps de réfugiés, inondations…...). On compte environ 160 millions de cas par an avec une mortalité importante chez les petits enfants en Afrique Noire, Asie du Sud –Est et Amérique centrale avec une incidence annuelle de l’ordre de plus de 200 cas pour 100 000 personnes par an.

En France environ 1000 souches sont répertoriées par an par l’Institut Pasteur, dont la majorité provient de voyageurs rentrés de pays ou la shigellose est endémique. La prédominance est observée pour S. sonnei (58%) alors que pour l’agent de la dysenterie: S. dysenteriae l’incidence n’est que de 3% sur les souches collectées.

Leur pathogénicité est un mélange d’entéroinvasion et entérotoxinogenèse, entrainant à la fois une diarrhée due à la destabilisation des membranes de cellules de l’intestin , une invasion des tissus et une réponse inflammatoire violente. Une des toxines peut atteindre le système nerveux.

Shigellose ou dysenterie bacillaire. La presse médicale 2007. Nicolas X.,Granier H. et P Le Guenn.

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Les Vibrionacées

Ce sont des bacilles droits ou courbes, mobiles au moyen de flagelles péritriches ou non mobiles, anaérobies facultatifs, produisant des acides à partir des sucres. Catalase positif et oxydase positif. Capables de pratiquer la respiration nitrate et de fermenter les sucres..

Cette famille compte quatre genres distingués sur leur besoin en NaCl pour leur croissance :Vibrio et Photobacterium ont besoin de sodium, moins de 100mM pour Vibrio plus de 100mM pour Photobacterium. Aeromonas et Plesiomonas n’ont pas d’exigence en sodium

Vibrio cholerae , Vibrio parahaemolyticusVibrio cholerae et Vibrio parahaemolyticus sont deux espèces pathogènes pour l’homme, Leur habitat est en général les eaux même peu salines pour V . cholerae qui provoque de graves épidémies lors de l’usage d’eaux non traitées. La contamination par V. cholerae se fait presque exclusivement par la consommation d’eaux peu ou pas désinfectée, alors que les gastroentérites à V. parahaemolyticus passent par la consommation de coquillages et crustacés provenant d’eaux contaminées. Vibrio cholerae adhére aux microvillosités de paroi intestinale au niveau de l’intestin grêle, et se développe à la surface des cellules sans y pénétrer, et secrète des entérotoxines.

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Les bactéries à Gram positif

Staphylococcus à coagulase positiveStreptococcusBacillus cereusClostridium perfringens et C. botulinumListeria

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Staphylococcus à coagulase positive ou S.aureus

Les staphylocoques sont des coques immobiles anaérobies facultatifs, capables de réduire les nitrates en nitrites, à oxydase négatif, qui produisent des acides à partir de glucose : un peu d’acétate et de CO2 en aérobiose de l’acide lactique en anaérobiose. La plupart des souches tolèrent 10% de NaCl et se développent entre 18 et 40°C.Ils vivent en général sur la peau des animaux à sang chaud et dans les glandes de la peau, ainsi que sur les muqueuses. Quelques espèces sont pathogènes pour l ‘homme et l’animal.

L’espèce responsable de Toxi-Infection Alimentaire est Staphylococcus aureus. L’incidence des toxi-infections à Staphylococcus aureus semble en régression depuis 1981.Les malaises induits par Staphylococcus, sont spectaculaires mais ils durent peu de temps et sont rarement létaux sauf pour des nourrissons ou des personnes âgées affaiblies. Les symptômes apparaissent entre 1 et 8 heures après ingestion de l’aliment contaminé et se traduisent par des nausées, des maux de tête, des douleurs abdominales et des vomissements fréquents accompagnés de diarrhées. Il n’y a pas obligatoirement de fièvre. Les personnes affectées ont la sensation impressionnante de mourir mais se rétablissent le plus souvent en 24 heures. Le risque le plus grave est celui de déshydratation.

Quelques fois on préfère le terme d’intoxination pour les pathologies liées à Staphylococcus. En effet c’est l’ingestion d’une quantité de toxine (0,1 à 10 µg) qui produit des troubles et non l’ingestion des bactéries. Cette quantité de toxine représente entre 5 x 105 et 5 x 106 germes par gramme de produit ingéré, indétectable, le métabolisme de Staphylococcus ne laisse ni goût ni odeur dans l’aliment. La bactérie peut cultiver de 6 à 46°C avec un optimum à 37°C ; la production de toxine se fait de 10 à 45°C avec un optimum à 40°C …..

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Staphylococcus à coagulase positive ou S.aureus

Les toxines:

Deux coagulases: -une coagulase libre excrétée dans le milieu et qui provoque la prise en masse du sérum par transformation

de fibrinogène en fibrine-une coagulase liée ou « clumping-factor » attachée à la paroi bactérienne et qui provoque l’agglutination des

bactéries entre elles. Ces deux coagulases protègent la bactérie de la destruction par le système immunitaire.

Des hémolysines ou phospholipases excrétées qui déstabilisent les membranes des cellules de l’hôte et provoquent la fuite des électrolytes

Une entérotoxine thermostable (SE) et une toxine responsable du syndrôme de choc toxique(TSST).

Quelques µg de l’enterotoxine SE sont responsables, 4heures après consommation d’un aliment, de vomissements et diarrhées. Il semblerait que les mastocytes (cellules du système immunitaire porteuse d’IgE) libèrent au contact de SE des molécules d’une part médiatrice de la réponse inflammatoire : histamine, sérotonine et d’autre part mimétiques de neuropeptides , donc capables d’activer les spasmes de vomissement.

TSSt altère la réponse immunitaire en élevant dans le sang la concentration de cytokines proinflammatoires (inducteur de fièvre via l’hypothalamus). SE et TSST sont considérés comme des superantigènes qui activent la réponse immunitaire en se fixant directement sur une molécule du complexe majeur d’histocompatibilité, sans avoir besoin d’être ingéré par les macrophages.

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Streptococcus

Ce sont des coques sphériques ou ovoïdes de moins de 2µm de diamètre, qui en milieu liquide sont associés par paires ou en chaînettes. La plupart sont anaérobies facultatifs mais certains préfèrent une atmosphère enrichie en CO 2, voire des conditions d’anaérobiose vraie. Ils n’ont pas de catalase.Leur métabolisme est fermentaire avec production principalement d’acide lactique, mais pas de gaz , ce métabolisme est peu rentable, ils ont donc des exigences nutritionnelles complexes. Certaines souches fermentent les acides organiques et/ou les acides aminés.. Leur température optimale de croissance est autour de 37°C, ils font en général partie de la flore commensale, parasite ou pathogène de l’homme et des animaux y compris des insectes.

Ils sont en général peu pathogènes mais sont recherchés chez les poissons, coquillages et crustacés à titre de témoins de contamination fécale récente.

Streptococcus faecalis peut être responsable d’infections urinaires ou d’endocardites

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BacillusCe sont des bacilles droits qui peuvent mesurer entre 1,2 et 10 µm. ils sont mobiles, grâce à des flagelles péritriches. Ils sont aérobies ou anaérobies facultatifs. Ils produisent des spores centrales ou terminales, rarement déformantes. L’oxygène est le principal accepteur final d ‘électrons.Ils ont une réponse en général positive à la catalase et positive ou négative à l’oxydase. Ce genre comporte des espèces pathogènes : B. anthracis, le plus médiatisé, B. cereus , actuellement naturellement plus dangereux que B. anthracis, car responsables de toxi-infections alimentaires.( avec B. brevis, licheniformis, subtilis) B. thuringiensis est pathogène pour les insectes essentiellement mais peut l’être aussi pour des mammifères : mastites bovines,

Bacillus cereus Selon les souches il peut se développer de –1 à +59°C, ce qui en fait un germe ubiquiste, présent en général dans le sol. Son substrat de prédilection est le riz, d’autant plus si des protéines animales sont ajoutées (jus de viande). Il se développe pour des pH allant de 4,5 à 9,3 et des Aw supérieures à 0,95 Les spores sont thermorésistantes : à 95°C; le temps de réduction au dixième de la concentration varie de 1 min à 5122 min pour les spores les plus résistantes. La pathogénicié est liée à la présence de toxines  excrétées :

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Bacillus

Toxines de Bacillus cereus Tout comme Staphylococcus aureus , cette bactérie libère deux types de toxines, l’une thermostable, l’autre thermolabile

Toxine émétisante ou cereulide : c’est un peptide de 1,2 KDa thermostable (126°C pendant 90 min) et résistant à la protéolyse, elle est produite entre 20 et 30°C en fin de phase de croissance. Sa production est associée à la sporulation. Elle agit par intoxination. Son mécanisme d’action est inconnu, elle provoque des vomissements, des crampes abdominales à partir d’une ingestion de 400 à 500 µg.

Toxine diarrhéigène : c’est une protéines de 50 000 D produite pendant la phase exponentielle de croissance. A une température de 18 à 43°C. La toxine est instable entre 4 et 25°C et détruite à 56°C pendant 5 min. Elle fonctionne comme une adénylate kinase qui provoque l’accumulation de liquide et fuite des électrolytes : chlorure de sodium en particulier, dans l’intestin par diminution du taux d ATP dans les cellules épithéliales. Cette toxine est rarement à l’origine d’intoxination mais plutôt libérée dans l’intestin lors de l’ingestion massive de B. cereus. (104 à105 germes /g)

Les aliments responsables pour la forme diarrhéique sont les produits en sauce , éventuellement épicés, car les épices peuvent être porteurs de spores nombreuses ; pour la forme émétique, les aliments amylacés sont les principaux responsables. Les plats de riz dans les restaurants orientaux sont les principaux responsables des épisodes diarrhéiques liés à B. cereus. Pour que le riz ne colle pas et puisse être grillé, il est cuit mais n’est pas refroidi en chambre froide qui agglutine les grains de riz. Cette pratique culinaire est particulièrement propice au développement de B. cereus. Clostridium

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Clostridium perfringens, C. botulinumCe sont des bacilles droits ou courbes qui peuvent atteindre 10µm de long, qui forment des endospores en général déformantes. Le plus souvent à catalase négatif, la plupart des espèces sont anaérobies bien que certaines soient aérotolérantes. Quelques espèces sont pathogènes pour l’homme et l’animal : Clostridium botulinum, perfingens, difficile, tetani . Les clostridies sont ubiquistes et trouvées dans le sol, les sédiments marins, les boues, les végétaux en décomposition, dans le tractus intestinal de l’homme et l’animal.

Clostridium perfringens

Cette bactérie mobile, est très anciennement connue pour provoquer ce qu’on appelait les gangrènes gazeuses. L’infection par cette bactérie commune dans le sol se faisait à l’occasion du contact avec une plaie. Mais cette bactérie représente encore de nos jours un risque en agro-alimentaire. L’ingestion de cette bactérie essentiellement présente sur les viandes de volailles et les viandes en général insuffisamment cuite, peut être suivie de la multiplication des bactéries dans les conditions d’anaérobiose du TD. Dans l’intestin ces bactéries sporulent et c’est au cours de la sporulation que les toxines sont libérées dans l’environnement.

Cette souche synthétise trois types d’exotoxines : -l’entérotoxine impliquée dans les TIAC, est une protéine qui s’insère dans la membrane de la muqueuse épithéliale l’organisme infecté et induit des perturbations des flux d’eau et de sels : Na+ et Ca++, ainsi que du glucose,-la toxine est une toxine nécrosante qui provoque la mort des cellules infectées,

Ces deux toxines permettent donc à la bactérie en plus des effets diarrhéigènes, l’entrée dans le système sanguin.-la toxine qui est une phospholipase ou lécithinase provoque une augmentation de la perméabilité des vaisseaux sanguins, la lyse des membranes cellulaires : leucocytes, hématies et des troubles de la coagulation et la toxine nécrosante pour les hématies.

La dose infectante est d’ environ 108 cellules végétatives. Elle est souvent associée à la consommation de conserves familiales insuffisamment stérilisées.

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Clostridium

Clostridium botulinum

Cette bactérie mobile est responsable de pathologies paralysantes (flasque) dues à l’action d’une neurotoxine qui bloque la transmission du signal nerveux. La maladie ou botulisme résulte de l’ingestion de neurotoxines ou de bactéries qui vont se développer dans l’intestin et sécréter la toxine, ou encore de l’introduction au hasard de la contamination de plaies. Elle est souvent associée à la consommation de conserves familiales insuffisamment stérilisées ;L’espèce Clostridium  botulinum correspond en fait à un groupe d’espèces produisant des neurotoxines, dont les spores peuvent résister à un chauffage allant jusqu’à 112°C. Les bactéries se développent à des pH supérieurs à 4,5 donc dans des aliments plutôt carnés peu acides. Les neurotoxines sont produites pendant la croissance sur des milieux complexes.

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ListeriaCe sont de courts bacilles qui peuvent former des filaments de 6 à 20 µm dans les cultures âgées, ils ne forment pas de capsule et sont mobiles au moyen de flagelles péritriches en culture à 20-25°C. Les colonies sont bleues grises et ont des reflets bleus verts en lumière transmise oblique. La température optimale de croissance est entre 30 et 37°C. mais ils peuvent se développer de 1 à 45°C. Ils préfèrent les pH plutôt neutres ou alcalins de 6 à 9. Ils ne survivent pas 30 minutes à 60°C. Ils sont oxydase négatif. Le métabolisme du glucose conduit majoritairement à la production d’acide lactique. ( sans gaz) Le test RM est positif et le VP aussi. Le citrate du milieu n’est pas utilisé, l’indole n’est pas produit, l’esculine est hydrolysée, mais pas l’urée, ni la gélatine, ni la caséine.

Listeria monocytogenes est pathogène pour l’homme et pour un grand nombre d’espèces animales. Facteur de virulence : Listeria synthétise une protéine d’adhésion à la surface des cellules eucaryotes, qui induit la phagocytose par ces cellules. Une listériolysine se fixe sur le cholestérol des membranes cellulaires et lyse ces membranes ; une phospholipase complète l’équipement d’invasion cellulaire. La listeriolysine formant des pores dans les membranes des hématies provoque l’hémolyse. Tandis qu’une protéine ActA modifie la structure de l’actine : support de tous les organites et mouvements cellulaires.L’entrée se fait par voie digestive, puis la bactérie s’internalise dans les macrophages qui en absence de réponse immunitaire forte vont s’accumuler dans le foie et la rate sans détruire la bactérie. De là elle atteint tout le système sanguin et peut se localiser dans tout l’organisme. Les symptômes de listériose peuvent apparaître entre 4 jours et 4 semaines après l’ingestion. On estime que seulement 100 germes ingérés sont susceptibles d’entraîner des troubles.

Listeria provoque des septicémies, des encéphalites et l’avortement des femmes enceintes vers le 5ème mois de grossesse. Les symptômes de listériose sont discrets : fièvre et état grippal, parfois maux de tête et raideur de la nuque, rarement troubles digestifs. Chez le nouveau-né la listériose provoque des méningites et encéphalites mortelles.

C’est un germe ubiquiste que l’on peut trouver aussi bien dans le sol, sur les légumes, les poissons, les viandes et charcuteries, les fromages.

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Les germes d’altération ou responsables de pathologies non alimentaires

Les germes responsables d’altération des aliments sont en général dégradent les qualités organoleptiques des produits, soit en produisant des biofilms visqueux , gras à reflets métalliques, soit par l’émission de métabolites volatiles malodorants.Le développement de ces bactéries repousse la consommation des produits et même en absence de dangerosité réelle,ils sont recherchés parles services Qualité des entreprises alimentaires.

Les germes pathogènes non responsables de TIAC peuvent être infiniment dangereux car le plus souvent indétectables. Des mesures d’hygiène strictes ne permettent pas forcément d’éliminer leur présence.

Les bactéries à Gram négatifs•Borrelia (spirochète)

•Pseudomonadas

•Legionella

•Nesseria

Les bactéries à Gram négatifs•Bacillus

•Corynebacterium

•Propionibacterium

•Brochothrix

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Les spirochètes (G-)

BorreliaCe sont d’assez petits spirochètes de 3 à15 µm de long, anaérobies, dont la majorité des espèces sont des pathogènes pour l’homme et l’animal. L’infection provoque des fièvres récurrentes pouvant conduire à la mort de 40% des hôtes infectés si ceux-ci ne sont pas traités aux antibiotiques. La maladie la plus connue est la maladie de Lyme transmise par des piqûres de tiques en général ou de Taon entre un animal infecté et l’Homme. Le symptôme le plus connu est la formation de rougeurs sous forme de disques qui s’agrandissent, avec des douleurs diverses et de la fièvre. Cette maladie peut être mortelle après une attaque des tissus du cœur. Les premiers cas identifiés l’ont été aux Etats-Unis dans le Connecticut en 1975 et se répandent très largement, y compris en Europe.Actuellement : aux USA : 15 000 cas par an, En Europe :de 5 (Irlande) à 350 (Autriche) pour 100 000 habitants, 200 en France ; surtout Est et Centre (pas pourtour Méditerranée, ni montagne)

flagelle

Les spirochètes sont des bactéries ayant une morphologie très particulière et un mécanisme de mouvement également particulier. Ce sont des bacilles allongés, jusqu’à 500µm de long, ayant une forme spiralée. Ils sont mobiles grâce à des flagelles polaires rigides (de 2 à 100) qui sont insérés dans l’espace périplasmique. Le cylindre protoplasmique est relativement rigide tandis que la membrane externe est souple. Leur mouvement est très rapide et flexueux.

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Borrelia burgordferi

Repas de sang

Épiderme Animal infecté

Lorsque la tique prend son repas de sang chez un animal Infecté , la bactérie migre dans le tube digestif du parasite.Quand le milieu s’épuise en sang une protéine OspA estExprimée, elle permet la fixation de Borrelia sur une protéineRéceptrice du tube digestif de la tique: TROSPA pour Tick receptor for OSpA

OspA

TROSPA

La bactérie migre dans les glandes salivaires de la tique; la protéine OspC est alors exprimée et induit la secrétion par les glandes salivaires de la protéine Salp15, qui se fixe sur ospC

Tick–host–pathogen interactions in Lyme borreliosisJoppe W.R. Hovius, Alje P. van Dam and Erol FikrigTrends in parasitology, 2007

OspC

Salp15

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Borrelia burgordferi

Épiderme Animal sain

Lorsque la tique prend un repas de sang chez un animal non infecté, elle injecte d’abord un anticoagulant produit par les glandes salivaires et en même temps la bactérieporteuse de OspC et Salp15.

Salp15 est un inhibiteur de l’activation des lymphocytes T(immuno-supresseur) ; de plus Salp15 se fixe sur la protéine membranaire bactérienne OspC ce qui protège la bactérie de l’action des anticorps de l’hôte mammifère infecté.

OspC

Salp15

Y

Épitopes: sites impliqués dans la reconnaissance Antigène-anticorps

Antibodies against OspA epitopes of Borrelianext term burgdorferi cross-react with neural tissueArmin Alaedin .Journal of Neuroimmunology.2005

OspA

Lymphocyte B

A-C contre les tissus nerveux

Cette bactérie est toxique par stimulation de la réponse immunitaire(lympho B) sans être elle-même atteinte, protégée par salp15. Certaines des protéines membranaires en particulier OspA ont des épitopes communs avec le tissu nerveux humain. Les anticorps dirigés contre OspA attaquent alors el système nerveux de l’hôte infecté. Par ailleurs la bactérie se fixe sur les fibres de collagène provoquant des attaques articulaires.

Lympho T

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Pseudomonas (G-)

Dans les viandes et dans le lait les bactéries dominantes à basse température : psychotrophes sont des Pseudomonas non pathogènes mais responsables de l’altération des qualités organoleptiques du produit. Sur une viande réfrigérée ces souches peuvent représenter jusqu’à 75% de la flore totale. Leur développement forme une couche muqueuse à reflets verts fluorescents ou non. Ces bactéries en se développant libèrent des enzymes lytiques : protéases et lipases qui s’attaquent à la paroi des cellules ou dans le cas du lait aux constituants du lait : caséines ou lipides. Le résultat est la dégradation des protéines en peptides et amines dont certains ont un goût et une odeur désagréable et dans le cas du lait une gélification même après traitement thermique (UHT) si le lait est trop chargé en Pseudomonas dont les enzymes protéolytiques sont thermorésistantes (quelques minutes à 140°C). Les lipides sont aussi dégradés, ce qui s’accompagne d’un goût de rance et d’une déstabilisation de la crème.

Brochothrix (G+) compléter

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Legionella (G-)Ce sont de bacilles de petite taille <1µm, aérobies ,qui ne possèdent pas de forme de résistance, ne sont pas encapsulés. Ils sont mobiles au moyen de 1 ou plusieurs flagelles polaires ou latéraux. Ils requièrent de la cystéine et des sels de fer pour leur croissance. Les sucres ne sont jamais utilisés ni comme source d’énergie ni comme source d’azote., elles préfèrent les acides aminés dans les deux exigences. La famille comporte une seule espèce : Legionella et 6 genres. Tous les genres sont potentiellement pathogènes pour l’Homme.

Legionella pneumophila

Les tests oxydase et catalase sont positifs, le métabolisme respiratoire est exclusif, les nitrates ne sont pas réduits, le bacille produit des-lactamases, hydrolyse l’hypurate et la gélatine. L.pneumophila est responsable de la maladie du légionnaire et de la fièvre de Pontiac. Ce sont des pneumonies sévères ayant 2 à 10 jours d’incubation et véhiculées par l’air. La mortalité peut atteindre 15% ou plus des personnes contaminées. L’habitat original de ces bactéries est le sol ou l’eau douce, la contamination se fait chaque fois que de l’air est humidifié, pulsé, entrainant des gouttelettes contaminées par le germe.

L. pneumophila est un pathogène intracellulaire. La bactérie secrète une phospholipase qui lui permet de s’agréger à la paroi des cellules épithéliales des alvéoles pulmonaires recouvertes de phospholipides, puis d’hydrolyser ces phospholipides en lysophosphatidyl choline hautement toxique pour les cellules eucaryotes. La bactérie peut alors passer dans le système sanguin.Les macrophages internalisent la bactérie par phagocytose. La bactérie ensuite s’enveloppe dans une membrane qui se lie au lysosome, et se multiplie dans la vésicule ainsi créée. Elle synthétise une métalloprotéine de 39 kDa qui est cytotoxique pour les cellules eucaryotes, un petit peptide résistant à l’acide et à la chaleur vient compléter le système de virulence. Ces deux protéines bloquent la réponse immunitaire des macrophages : arrêt du métabolisme oxydatif de ces cellules et action d’une phosphatase qui inhibe la production de H2O2, qui est en général une première étape de réponse des macrophages aux bactéries pathogènes internalisées

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Neisseria (G-)Ce sont les rares coques essentiellement à Gram négatif, immobiles ayant un métabolisme oxydatif, à catalase positif qui n’utilisent pas ou très peu les sucres. Le test oxydase est positif.Dans le genre Neisseria le seul à utiliser régulièrement les sucres, on rencontre des espèces très pathogènes

Neisseria gonorrhoeae est l’agent responsable d’infection des muqueuses, soit infections génitales communément appelée gonocoque, mais la même bactérie est responsable de conjonctivite, d’infection de l’appareil respiratoire et même du sang et du liquide cérébro-spinal. Elle se présente sous forme de coques par paires. « grains de café »

Neisseria meningitidis est l’agent principal des méningites : ou inflammation des méninges, mais elle peut aussi causer les mêmes infections que la souche précédente dont elle est très proche phénotypiquement

Ces bactéries ne produisent pas d’entérotoxine, ni d’exotoxine, elles ne sont pas non plus hémolytiques. Elles présentent par contre des structures de type adhésines ou fimbriae qui leur permettent d’adhérer fortement aux cellules des organes colonisés. N. gonorrhoea et N. Meningitidis produisent une protéase très spécifique qui hydrolyse les immunoglobulines, et possèdent des mécanismes d’accumulation du fer libre

Les autres espèces de Neisseria sont responsables de pneumonies, d’infections urinaires, de septicémies. Ces bactéries sont ubiquistes mais en général non pathogènes, elles peuvent cependant être l’agent de maladies nosocomiales chez des patients hospitalisés immunodéprimés, elles provoquent alors les mêmes maladies que les autres Neisseria.

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Bacillus (G+)B. anthracis 

est présent dans le sol principalement, la forme sporulée est la forme la plus représentée dans les poussières. Les contaminations peuvent être respiratoires, gastrointestinales ou particulièrement dangereuses, lors du contact avec une plaie. Elle est très proche de Bacillus cereus. Les toxines de B. anthracis: trois exotoxines et une endotoxine

Les exotoxines sont constituées de trois protéines qui selon leur assemblage forment une toxine oedémateuse ou une toxine léthale: EF pour edema factor, PA pour protective antigen et LF pour lethal factor

L’endotoxine est constituée par la capsule de poly acide g D-glutamique

PA

LF

EF

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Bacillus anthracis (G+)PA (735 AA) contient des régions impliquées dans la liaison à des récepteurs des cellules de l’hôte infecté et permet la liaison et le transfert de EF et LF. PA s’organise en heptamères qui s’insèrent dans la membrane cytoplasmique des cellules de l’hôte et forme des pores en forme de tonneau. Ces pores facilitent l’entrée dans la cellule de EF et LF. De plus PA est un immunogène puissant.

EF ou LF

capillaire

Récepteur sur les cellules eucaryotes

PAPA X7

Cellule hôte

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Bacillus anthracis (G+)

EF (767AA) se lie à PA pour former la toxine oedèmateuse qui activate l’adénylate cyclase et provoque l’accumulation de l’AMP cyclique dans n’importe quel type de cellule. L’accumulation d’AMP cyclique induit la production d’interleukine par les lymphocytes, et inhibe la production du factor nécrotique des tumeurs ou TNF. EF inhibe aussi l’émission de FRO par les polynucléaires neutrophiles.

cellule hôte

Adénylate cyclase

lymphocyte T

AMPc

IL

TNF

EF

neutrophiles

FRO

oedème

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Bacillus anthracis (G+)LF (776 AA) se lie à PA pour former la toxine léthale, celle-ci n’est active que sur les macrophages où elle stimule la production de FRO jusqu’à les lyser induisant une libération d’interleukine et de TNF qui causent un choc et la mort de l’hôte.

macrophage

macrophage

LF

FRO

IL, TNFFièvre, Fièvre, Hyper puis hypotensionHyper puis hypotensionVasodilatation Vasodilatation Fuite des électrolytesFuite des électrolytesOedèmes périphériques Oedèmes périphériques et intestinauxet intestinauxHypercoaguabilitéHypercoaguabilitéDiarrhée, Diarrhée, vomissementsvomissements

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Bacillus anthracis (G+)L’endotoxine est constituée par la capsule de poly acide g D-glutamique, capsule qui inhibe la phagocytose des bactéries par les macrophages (polynucléaires neutrophiles) et protège la bactérie d’une part de la formation d’anti-corps puisque les macrophages ne peuvent lyser les cellules pour exposer les épitopes sur le CMH, d’autre part de l’élimination par ces mêmes macrophages et par les AC.

Polynucléaire neutrophile

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Bacillus thermoacidodurans ou coagulans (G+)

B. Thermoacidodurans est responsables de surissement des conserves, présent dans les potages lyophilisés, dans les poudres qui servent à préparer ces potages. Ces bactéries ne sont pas pathogènes mais provoquent une altération des goûts des produits. En particulier dans les potages en poudre, l’ébullition ne détruit pas les spores, si le potage n’est pas consommé dans son intégralité, il faut le placer impérativement au froid, et non le laisser refroidir à température ambiante, pour éviter la germination des spores

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Bacilles (G+) non sporulés

Corynebacterium :Ce sont des bacilles droits ou courbes, non mobiles. Aérobies à catalase positifUne partie des espèces est pathogène pour l’homme ou l’animal où éventuellement opportuniste. Les Corynebacterium de l’homme font en général partie de la flore des fosses nasales, dont certaines souches sont pathogènes comme Corynebacterium diphteriae ou C. pseudotuberculosis. Tandis qu’un autre groupe est pathogène des plantes du tabac à la pomme de terre en passant par le blé et le maïs.

PropionibacteriumCe sont de petits bacilles pléomorphes, anaérobies à aérotolérants qui ont un métabolisme fermentaire avec production principalement d’acides propionique et acétique, ainsi qu’un peu d’acide iso-valérique, formique, succinique et lactique. Deux groupes de souches sont séparés :-les souches qui sont isolées des produits laitiers et fromages ainsi que des végétaux fermentant. On associe leur présence à la production de gruyère suisse et d’Emmenthal à qui ils confèrent leur arôme caractéristique-les souches typiquement associées à la peau de l’homme : dont le principal représentant est Propionibacterium acnes. Il est présent dans les glandes sébacées et excrète des phospholipases, lécithinases et lipases qui dégradent les lipides de l’épiderme en acides gras, eux-mêmes ayant un effet inflammatoire puissant . (boutons d’acné)

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Bacilles (G+) non sporulés

Brochothrix

Cette bactérie peut être isolée en courtes chaînes ou en filaments qui forment des amas. Bactéries non mobiles, dont la température optimale est 20-25°C, mais qui peut se développer entre 0 et 30°C, à pH voisin de la neutralité. En anaérobiose le métabolisme du glucose est majoritairement de l’acide lactique et de l’éthanol. En aérobiose le métabolisme du glucose et spécialement en faible concentration conduit à la production d’acides gras volatiles : isobutyrate et isovalérate. Brochothrix est la bactérie dominante isolée des viandes réfrigérées, particulièrement sur les viandes blanches prédécoupées et emballées dans des atmosphères appauvries en oxygène et enrichies en CO2. Le métabolisme de ces bactéries non pathogènes provoque des rejets important du produit à cause de l’odeur nauséabonde qui se développe. C’est un germe qu’il convient donc de correctement maîtriser en industrie alimentaire et particulièrement dans le secteur des viandes. .

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Les bactéries des fermentations alimentaires

Les saucissons, la choucroute, le vin et les boissons alcoolisées, les yaourts et les fromages, les olives, le chocolat…. sont les produits de transformation de matières premières par des microorganismes : bactéries, levures et moisissures.

Seules les fermentations bactériennes seront traitées ici.

bactéries à Gram négatif

•Famille des Acetobacteraceae

bactéries à Gram positif

•Famille des Micrococcaceae

•Famille des Streptococaceae

•Les bactéries lactiques

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Acetobacteraceae (G-)Acetobacter et GluconobacterCe sont des bactéries en général à Gram négatif, cependant, le Gram peut être variable.Elles sont mobiles et aérobies strictes, catalase positive, oxydase négative , elles ne forment pas de spores et ont un métabolisme strictement oxydatif, (pas de respiration nitrate). Elles tolèrent des pH bas et peuvent se développer à des pH inférieurs à 5. Elles réalisent une oxydation des alcools incomplètes jusqu’au stade acide acétique.  Ces bactéries oxydent de plus un certain nombre d’alcools en l’acide ou la cétone correspondante.

CH3CH2OH CH3CHO CH3COOH

NAD+ NADH NAD+ NADH

O2

Génération ATP

Plusieurs espèces d’Acetobacter dont Acetobacter xylinum synthétisent une matrice de polysaccharides, cellulose, dextranes, lévanes, dans laquelle les bactéries sont emprisonnées. Le milieu reste limpide. L’intérêt pour ces bactéries est de construire une structure qui flotte et qui les situe à l’interface entre le milieu peu oxygéné et l’air.Certaines de ces bactéries ne sont pas capables de se développer dans un milieu agité, ce qui est le cas pour des bactéries du vinaigre.

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Acetobacter xylinumPlusieurs espèces d’Acetobacter dont Acetobacter xylinum synthétisent une matrice de polysaccharides, cellulose, dextranes, lévanes, dans laquelle les bactéries sont emprisonnées. Le milieu reste limpide. L’intérêt pour ces bactéries est de construire une structure qui flotte et qui les situe à l’interface entre le milieu peu oxygéné et l’air. Certaines de ces bactéries ne sont pas capables de se développer dans un milieu agité, ce qui est le cas pour des bactéries du vinaigre.

vin

Matrice de polysaccharides cellulose, dextranes, lévanes

Vinaigre , technique dite « d’Orléans »

Générateur de vinaigreLits arrosés

vin

Évacuation du vinaigrelimpide

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Acetobacter xylinum 2De nos jours, dans les « Frings acetator » les bactéries sont mises en suspension dans un fermenteur de grande contenance ( entre 6000 et 8000L) par des microbulles d’oxygène injectées à la base du réacteur .

Évacuation et filtration du vinaigre

Vin ou ….

Turbine et pales d’aération

Wwww; patrimoine de France.org (nov 2009)

Ce système permet l’obtention de 3 000L de vinaigre par jour, à partir de vin, d’alcool pur ou de cidre; la concentration en acide acétique atteint plus de 10% et celle d’ alcool reste inférieure à 0,3%. Les cuves utilisées sont en bois ou en acieret équipées de capteurs en continu.

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Les bactéries lactiques (G+)et les bactéries acidifiantes

Ces bactéries sont utilisées dans nombre de fermentations alimentaires: saucissson, fromages, yaourts, choucroute, vin…..Elles ont en commun de fermenter les sucres en acide lactique, que l’acide lactique soit ou non le seul produit terminal du métabolisme.

Différentes fabrications vont être décrites , avec à chaque fois le rôle des bactéries importantes dans le procédé de fabrication.

Fabrication de saucissonFabrication de produits laitiers: yaourts , fromagesProduction de choucrouteVinification

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Production de yaourt

Lactobacillus delbrueckii sous-espèce bulgaricus et Streptococcus thermophilus

La production d’acide lactique acidifie le milieu. Les points isoélectriques des caséines du lait s’étalent de 4,1 à 4,9. Au Pi les protéines électriquement neutres s’agglutinent, ce qui forme le coagulum typique du yaourt

Le lactose est d’abord hydrolysé en glucose et galactose par une galactosidase. Le galactose est transformé en glucose 1-P qui réintègre la glycolyse.

Lactobacillus delbrueckii sous-espèce bulgaricus Est un Lactobacillus homofermentaire microaérophile qui fermente le lactose en acide lactique et qui possède une activité protéolytique conduisant à la libérationde peptides et acides aminés dans le lait à partir de la caséine. Ces acides aminés stimulent la croissance de Streptococcus

Streptococcus thermophilusEst un streptocoque anaérobie qui ferment le lactose en l’acide lactique mais avec aussi un peu d’acide pyruvique et formique (et de CO2)utilisés par Lactobacillus .Ces deux bactéries forment un protosymbiose

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Production de fromages: cas du Comté

Lactobacillus delbrueckii sous-espèce lactis,Lactobacillus helveticus, Streptococcus thermophilus Propionibacterium freundenreichii

Le lait est chauffé à 32° inoculé par l’ensemble des bactéries et après 1 heure additionné de présure (chymotrypsine de veau). Lorsque le caillé est formé il est cassé puis le mélange chauffé à 53°C pendant 45min.

Thierry et al, 2004, Varied volatile compound are produced by Propionibacterium freudenreichii in Emmental CheeseFood Chemistry, 87, 439-446

Incubation 1heure

32°C

présure

53°C45min

32°C

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Production de fromages: cas du Comté

48°C; 36°C20 heures

fermentation acide lactique

11°C21 jours

sel

« cuisson » pressage

acide lactique

acides acétiquePropionique67 composés arômatiques

Propionibacterium

Le caillé est ensuite égoutté puis pressé et mis à l’étuve à 48 puis 36°C. Cette étape (20 heures) permet une acidification de la pâte pressée. Cette pâte est ensuite refroidie et salée puis laissée à incuber à 11°C pendant au moins 21.Pendant cette période l’acide lactique produit par les bactérie lactiques est métabolisé par Propionibacterium pour former majoritairement de l’acide acétique et de l’acide propionique parmi 67 composés arômatiques volatiles

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Production de saucisson

mêlée

Composition type de mêlée

Maigre de porc (10%lipides) 30 kgTrimming (25%lipides) 15 kgPoitrine (40% lipides) 20 kgGras de porc 30 kgSel 3 à 3,4 kgSaccharose et ou lactose et ou amidon 1,5 à 3,5 kgNa NO3 0,15 kgÉpices 0,2 à 0,4 kgCarmin de cochenille 50 à 150 gFerment [C] finale 106 à 107 /g

Pour 100kg

La mêlée, dont la composition figure à droite, est d’abord hachée entre -3 et -4°C avec un hachoir dont les trous ont un diamètre de6mm

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Production de saucissonComposition type de fermentLactobacillus sake, plantarum, curvatus, pentosusPediococcus acidilacticii, pentosaceususStaphylococcus xylosus, carnosus(micrococcus varians, Kocuria varians)+ Debaryomyces hansenii , Candida lipolytica, famata,

mêlée

Les bactéries sont inoculées dans la mêlée anaérobie mais avec un peu de nitrate (150 mg de NaNO 3/kg)à raison d’environ 104germes par g, et l’ensemble est pétri au moins 3 minutes entre -3 et -4°C.

La mêlée est ensuite « embossée » soit manuellement si le boyau est naturel (chaudin) soit automatique si le boyau est en collagène reconstitué, puis les saucissons sont attachés toujours entre -3 et -4°C

64

Production de saucisson2

La flore de surface est inoculée soit par trempage dans une suspension de spores de Penicillium nalgiovensis, chrysogenum, camemberti , puis les saucissons sont installés sur des bâtons. L’inverse peut être effectué, c’est-à-dire que les saucissons sont aspergés après suspension par les spores.Puis les saucissons sont mis en étuvage: 24 heures autour de 24°C ce qui permet de développement des bactéries inoculées, les saucissons sont ensuite refroidis par palier vers 12°C ou la maturation se fera.

Les bactéries lactiques se développent rapidement, en 6 jours ils atteignent 108 /g, elles abaissent le pH vers 5,4 qui est voisin du pI des protéines de la viande, ce qui provoque la coagulation de la pâte. Elles hydrolysent peu les protéines.L’acidification rapide du milieu entraîne une réduction de la flore contaminante normale de la viande: entérobactéries et Pseudomonas. Les Staphylocoques réalisent une respiration nitrate laissant des nitrites qui en milieu réducteur se transforment en oxyde nitreux. L’oxyde nitreux fixe la couleur de la myoglobine en rose. De plus les Staphylocoques (et les levures) hydrolysent les protéines et les lipides, ce qui contribue à l’homogénéité du produit et également à l’aromatisation par la libération de peptides et d’acides gras. La présence de nitrite va inhiber le développement de Clostridium éventuellement présent. Les moisissures qui se développent après 5 à 7 jours, protègent le saucisson d’une dessiccation trop rapide et contribuent à l’aromatisation.

65

Production de saucisson3

2 4 6 8 10 12

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Etuvage de 24 à 48 heures à 24°C

Temps en jours

Nbre de germes/g (log)

pH

5,6

5,4

5,2

levures

Entérobactéries

pH

Bactéries lactiques

staphylocoques

Penicillium

66

Production de choucroute

Lactobacillus plantarum, sakei, Leuconostoc mesenteroides,Pediococcus pentosaceus, Lactococcus lactis

Le chou est coupé en fines lames (1mm) additionné de 1% de NaCl et de ferment starter : 10 4 à 105 bactéries/g, puis incubé à 20°C pendant 4 à 14jours pour atteindre un pH inférieur à 4°C. Puis le mélange est refroidi à 4°C pour la conservation. Le développement des bactéries lactiques inhibe le développement des germes pathogènes qui peuvent être présents sur le chou cru: en particulier des entérobactéries et Listeria.

Tolonen et al, 2004, Food Microbiology 21, 167-179

67

Vinification

Le jus de raisin contient environ 100g de sucres/L : glucose, fructose et pentose( 1 à 5g), de l’acide citrique(0,5g) et de l’acide malique(4g), des levures, des bactéries lactiques et des bactéries acétiques. Les levures( Saccharomyces cerevisiae) se développent rapidement, faisant augmenter très rapidement le taux d’alcool dans le jus fermenté. La teneur en alcool joue un rôle sélectif sur la flore lactique initialement présente.

Leuconostoc oenos, Lactobacillus hilgardii et Pediococcus damnosus sont les espèces les plus résistantes à l’alcool et qui vont rapidement dominer. Elles se développent d’abord au détriment des sucres résiduels, environ1g, après l’arrêt de culture des levures qui sont inhibées par le taux d’alcool, jusqu’à atteindre un niveau de 106 cellules par ml. Le produit principal de leur métabolisme est l’acide lactique.

A ce stade, entre 20 et 25 jours après le début de la fermentation le produit est riche en alcool et en acides. Le pH est voisin de 3. la fermentation malolactique prend alors place : l’acide malique COOH-HCOH-CH2-COOH possède deux groupements carboxyliques acides. Les bactérie lactiques de cette étape peuvent décarboxyler l’acide malique en acide lactique ce qui induit une remontée du pH d’environ 0,3 unité. L’acide citrique présent en faible concentration peut également être métabolisé par les levures et des bactéries avec formation de molécules aromatisantes : la première étape est la formation d’acétate et oxaloacétate décarboxylé en pyruvate . La voie butane diol conduit alors à partir du pyruvate à la formation de diacétyl, et acétoine

Leuconostoc oenos, Lactobacillus hilgardii et Pediococcus damnosus

68

Vinification

0

2

4

6

8

10

12

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

temps en jours

% d

'alc

ool v/

V

taux d'alcool

[malate] g/l

log bactéries lactiques

log levures

1

2

3

4

1

2

3

4

5

6

7

8

Leuconostoc oenosLactobacillus hilgardiiPediococcus damnosus

Fermentation m

alolactique

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Les associations plantes- bactéries

Racines de légumineuses

Rhizobium

L’assimilation de l’azote atmosphérique sefait en anaérobiose au sein de symbiose entredes racines de légumineuses et des bactéries: Rhyzobium. Le mécanisme a été décrit dans le chapitre sur la nutrition des bactéries

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Les associations plantes- bactéries

Méristème sans bactérie

Invasion bactérienne

Zone de fixation de l’azote

Zone de sénescence

poil absorbant

Organisation des nodules

Les bactéries forment sur les racines des nodosités dont l’organisation est complexe. L’entrée des bactéries se fait par les poils absorbants des fines racines. Les bactéries envahissent ensuite les tissus de la racine et y forment des colonies synbiotiques. La durée de fonctionnement de ces symbioses est limitée à trois semaines.

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Les associations plantes- bactéries

Les bactéries peuvent former des associations à bénéfices réciproques avec les racines des arbres ou des herbacées, sans que les bactéries colonisent les tissus de la plante mais seulement la rhyzosphère, c’est-à-dire la sphère de captation de l’eau et des nutriments minéraux par le système racinaire, mais aussi la sphère d’excrétion de métabolites par les racines.

Les bactéries constituent alors un moyen de protection des végétaux contre le dessèchement, et peuvent aussi accumuler les minéraux indispensables à la plante, pour les lui restituer progressivement. Ces associations sont assez générales.

Les bactéries sont très diverses et varient selon le terrain, les végétaux, les climats….

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Les bactéries pathogènes des végétaux et leur implication dans les OGMLes tumeurs végétales

Les bactéries du genre Agrobacterium sont responsables de tumeurs végétales plus ou moins bénignes. Certaines sont envahissantes et les scientifiques ont étudié attentivement ces mécanismes, parce qu’ils ressemblent au mécanisme de cancérisation chez les cellules animales. De manière générale pour se multiplier, les cellules végétales ont des besoins hormonaux qui régulent la croissance. L’infection par Agrobacterium libère les tissus végétaux de ces besoins, c’est pourquoi les cellules prolifèrent sans contrôle hormonal.

rosier vigne

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Infection par les bactéries pathogènesL’infectionAgrobacterium tumefasciens est responsable du Crown gall ou tumeur envahissante des plantes. L’infection d’une plante par cette bactérie se fait à l’occasion d’une blessure. La reconnaissance entre la plante et la bactérie se fait par une interaction entre la pectine de la plante et le LPS de la bactérie.

collet

Ti

Ti

Ti

TiT-DNA

L’attachement de la bactérie à la plante se fait sans doute par la secrétion de microfibrilles de cellulose, qui ancrent la bactérie sur la plante. Les bactéries se multiplient alors à la surface de la plante en formant des colonies. Mais contrairement aux symbioses décrites précédemment les bactéries ne pénètrent pas à l’intérieur des cellules de la plante, mais injectent de l’ADN dans les cellules de la racine.

TiVir

T-DNA

AccCon

Ori

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Infection par les bactéries pathogènes2Le plasmide TiLes bactéries portent un plasmideTi, pour Tumor Induction, d’environ 200 kpb, dont une partie le T-DNA va s’intégrer dans le génôme de la plante. Il porte également les gènes de catabolisme des opines Acc, les gènes qui induisent le transfert conjugatif d’une bactérie à une autre Con, et les gènes de virulence Vir, c’est à dire ceux qui vont induire le transfert du fragment T-DNA de moins de 25 kpb..

TiVir

T-DNA

AccCon

Ori

T-DNA: gènes transfectés

Ori: origine de réplication

Con: gènes responsables de conjugaisonentre bactéries

Acc: gènes codant des enzymesde dégradation des opines

Vir: gènes responsables du transfert aux cellules végétales

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Infection par les bactéries pathogènes 3Le T-DNALe T-DNA code pour la synthèse de deux hormones végétales nécessaires à la multiplication des cellules : les auxines et les cytokines et aussi à la production d’acides aminés modifiés, les opines

C’est en fait le rapport entre ces deux types de molécules : auxine et cytokine; qui devient très différent de celui qui conduit à une croissance normale de la plante. Ces hormones stimulent la multiplication des cellules transfectées et donc la multiplication du fragment de gène responsable de la formation de la tumeur. La prolifération anarchique des tissus se fait donc ultérieurement sans l’intervention de la bactérieLes opines sont des acides aminés spécifiques, qui servent de source de carbone et d’azote , grâce à des enzymes codées par les gènes Acc pour favoriser la croissance d’ Agrobacterium .

T-DNA

Chromosome De la plante transfectée Cancérisation

des tissus végétaux:Multiplication anarchique des cellules

auxines

cytokines

opines

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Le plasmide Ti et les OGMLa capacité qu’a le plasmide à entrer dans une cellule végétale et à s’intégrer au génome en fait un outil performant. Dans un premier temps les scientifiques ont modifié le plasmide Ti par mutations dans les gènes d’induction des tumeurs, pour éliminer la synthèse anarchique d’hormones végétales.

TiVir

T-DNA ouvert

Acc

Con

Ori Tmod-DNA

opines

Cytokinesauxines

Gène d’intérêt inséré

Après ouverture du plasmide des gènes d’intérêt sont introduits, par exemple gènes de résistance à un herbicide spécifique.

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Le plasmide Ti et les OGMLe gène s’intègre au génome et la plante entière acquiert la résistance à l’herbicide. Ce qui permet d’éliminer du champ les plantes indésirables en utilisant l’herbicide choisi. En fait au départ les chercheurs se sont beaucoup excités sur la potentialité de transférer les gènes d’assimilation de l’azote dans les plantes, mais ce transfert s’est vite avéré impossible, compte-tenu de la taille du génome à intégrer.

Le plasmide Ti après quelques modifications est donc devenu l’outil de base des producteurs d’organismes végétaux génétiquement modifiés.

TiVir

T-DNA

Acc

Con

Ori Ti mod

Vir

Con

Ori

T-DNA modifié

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Les bactéries probiotiquesPour qu’une bactérie soit considérée comme probiotique, il faut qu’elle soit d’origine humaine et qu’un certain nombre d’effets bénéfiques à l’hôte qui l’héberge ait été prouvé. Il faut d’abord que les bactéries survivent au transit dans l’estomac, à la présence de sels biliaires et s’implantent dans le tube digestif. Les deux affirmations ont été prouvées, on sait par exemple que les bifidobactéries adhèrent fortement à la muqueuse intestinale.

Réduction des risques de diarrhées et réduction des diarrhées installéesUne étude chinoise de 2004 ( Zong et al) a comparé l’efficacité des traitements usuels, c’est-à-dire par un mélange de probiotiques: Lactobacillus bifidus (= Bifidobacterium), acidophilus et Enterococcus so, avec l’efficacité du Smecta, pour réduire les diarrhées chroniques(plus de 12 mois). Ils ont conclu à une efficacité à peu près équivalente entre les deux traitements

Stimulation du système immunitaireParmi les effets bénéfiques sur la physiologie du TD, la présence de bactéries probiotiques, entre autres des bifidobactéries, provoque une stimulation de la maturation des entérocytes et une augmentation de leur turn-over, ainsi qu’une stimulation du système immunitaire  via la sécrétion d’immunoglobulines dans la lumière intestinale

Réduction de génotoxicitéLa furazolidone est un antibiotique d’usage courant mais qui présente un risque lorsqu’il s’accumule dans les cellules: risque Cancérigène. Ce risque a été mis en évidence chez des poissons (Raipulis et al, 2005). L’incubation de cet ATB en présence de probiotiques réduit la réponse de stress chez des bactéries (E. coli). Ce qui signifie que la toxicité du produit est réduite par les probiotiques

Amélioration de la digestion du lactose du taux de cholestérol sanguinPar la libération de galactosidase dans le tube digestif, les bactéries probiotiques étant capables de métaboliser le lactose

Effet bénéfique sur l’hôte

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Les bactéries probiotiques2Déconjuqaison des sels biliairesLes sels biliaires sont conjugués au niveau du foie, à de la glycine ou de la taurine avant d’être stocké dans la vésicule biliaire. Ils sont ensuite libérés dans le contenu intestinal. Leur déconjugaison par les bactéries probiotiques, libère les sels biliaires qui retrouvent alors leur activité contre des bactéries pathogènes non commensales du tube digestif.

Effet barrièreLes bactéries probiotiques exerceraient également ce qu’on appelle un effet barrière contre les infections bactériennes par des pathogènes, en particulier chez des sujets affaiblis par des chimiothérapies ou antibiothérapies lourdes. Les hypothèses sur le mode d’action sont d’une part l’effet de compétition pour les sites d’adhésion et les substrats nutritifs, une stimulation de la motricité intestinale et d’autre part la production d’acides organiques (souvent acide lactique) actifs sur les bactéries non acidophiles. L’efficacité des probiotiques est associée également à la production de bactériocines : substances à capacité antibiotique et à la production de peroxyde d’hydrogène. Des préparations à base de bifidobactéries sont d’ailleurs administrées aux prématurés et aux personnes âgées à mobilité réduite

Réduction des métabolites carcinogènesLes bactéries probiotiques auraient également un effet antitumoral en particulier sur les cancers de la vessie (Takahashi et al 2001) peut-être par une inactivation ou une réduction des métabolites procarcinogènes présents dans le TD, soit à cause du métabolisme bactérien général, soit à cause de l’alimentation. La sécrétion d’enzymes bactériens glucuronidases, azoréductase, nitroréductase, provenant de la flore normale du TD serait réduite par la présence de L. acidophilus. Ces enzymes transforment des molécules en amines carcinogènes, et leur synthèse serait réduite par des inhibitions liées au métabolisme par encore totalement éclaircies.

Cette appellation « probiotique «  est attribuée à un certain nombre de bactéries lactiques comme

Lactobacillus casei, L. acidophilus, L delbrueckii, Bifidobacterium bifidus.

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Les bactéries probiotiques 3Bifidobacterium

Ce sont des bactéries très pléomorphes, anaérobies mais dont certaines souches tolèrent l’oxygène. Ils dégradent les sucres en acétate et lactate (3/2). Ils font partie de la flore dominante du tube digestif dès les premiers jours de la vie. Si la flore totale est évaluée à 1010 par g de fèces, les bifidobactéries sont estimées à 109 entre 1 et 4 jours, c’est à dire au même niveau que les entérobactéries. C’est la flore dominante pour les bébés allaités par la mère.

Les bifidobactéries produisent de grandes quantités de vitamines et particulièrement les souches : B. breve, infantis et longum qui sont dominantes chez l’enfant allaité par la mère, tandis que chez le nourrisson allaité au biberon, c’est la souche B. adolescentis qui prédomine.

B. breve B. infantis B. longum B. adolescentis

Thiamine (B1) + +++ + +

Riboflavine (B2) + + +++ +

Pyridoxine (B6) ++ ++ +++ ++

Ac. Folique (B9) + +++ + +

Cobalamine (B12) + ++ +++ +

Ac ascorbique (C) ++ ++ +++ +

Ac nicotinique (PP) +++ +++ + +

Biotine (H) ++ +++ ++ ++

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Les bactéries probiotiques 4Lactobacillus acidophilusC’est une bactérie commune du tractus digestif, productrice de peroxyde, cette souche est ajoutée dans certaines production de yaourt pour en changer la consistance et le goüt. Considérée comme probiotique , (avec L. casei) Cette bactérie adhère facilement aux cellules de l’épithélium intestinal. L’efficacité des probiotiques, pour lutter contre la croissance des pathogènes responsables de TIAC, est associée à la production d’acide lactique, à la production de bactériocines : substances à capacité antibiotique et à la production de peroxyde. Ces probiotiques sont également censés avoir un rôle d’accélération du transit intestinal en particulier dans le cas de personnes à motricité réduite. Autres effets:

Diminution du syndrome du colon irritable,Réduction des diarrhées associées à la prise d’antibiotiques, Production de peroxyde d’hydrogène par une NADH peroxydase.

Lactobacillus acidophilus casei ou Lactobacillus GGC’est la souche qui adhère le mieux aux parois du tube digestif et aux muqueuses buccales. Elle colonise très fortement le TD et après consommation dans des produits laitiers fermentés on peut la retrouver au niveau de 106 par gramme de fèces. Elle a les mêmes effets que la souche L. acidophilus. C’est une souche ajoutée dans un certain nombre de boissons fermentées à base de lait recherchée pour ce qui est nommé l’effet « santé ».

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Les bactéries utilisées ou potentiellement utilisables en biotechnologie

L’utilisation des bactéries est souvent méconnue ou sous estimée, et pourtant fait partie de notre quotidien. La liste des applications peut être très longue et seules quelques-unes seront exposées.

-Synthèse de vitamine C,-Traitement de dépollution des eaux usées et des sols pollués,-Production de nanoparticules magnétiques,-Lutte biologique,-Production de biopolymères,-Compostage et méthanogénèse,-Production d’hydrogène à usage de biocarburant………………………

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Acetobacter

Outre la production de vinaigre, l’utilisation de ces bactéries est liée à la production de cellulose plus ou moins pure selon les souches d’Acetobacter. Dans certains cas des polymères de xylane sont inclus dans la matrice. La souche sélectionnée est alors cultivée pour la production de biocellulose très pure et le polymère extrait puis purifié pour la fabrication de pansements à haute performance cicatrisante pour des ulcères par exemple. Il est possible d’intégrer un antibiotique dans le film de biocellulose pour prévenir ou guérir les infections.

Ces films de biocellulose sont également utilisés pour la fabrication de membrane de micros, en cosmétique, comme additifs alimentaires gélifiants ou pour la fabrication de papier.

Bruckner et al, 2008, Conférence des plaies et cicatrisation

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Synthèse de vitamine C : Gluconobacter oxydans

L’obtention d’acide ascorbique à partir de sorbose précurseur de la vitamine C, est chimiquement réalisable mais conduit à l’obtention d’isomère D et L à 50 % chacun, donc peu rentable. Gluconobacter oxydans réalise l’oxydation stéréospécifique du D-sorbitol en L-sorbose.

CH2OH

HCOH

HOCH

HCOH

HCOH

CH2OH

D-sorbitol

CH2OH

HCOH

HOCH

HCOH

O=C

CH2OH

L-sorbose

Gluconobacter

oxydans

Le D-sorbitol est obtenu par réduction électrolytique du D-glucose. Tandis que l’étape finale est une oxydation chimique du L-sorbose en L-ascorbate

HCO

HCOH

HOCH

HCOH

HCOH

CH2OH

glucose

Réduction électrolytique

HCO

HCOH

HC

COH

COH

C=O

O

L-ascorbate

Oxydation chimique

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Traitement de dépollution des eaux usées Le traitement des eaux usées implique un certain nombre d’étapes constantes, telles que le dégrillage, dégraissage…et des étapes variables selon le type de station d’épuration utilisé. Au cours de votre carrière d’ingénieur vous pourrez être amené à piloter ou installer des stations d’épurations, soit pour une entreprise qui traite ces eaux usées avant de les ajouter aux eaux domestiques, doit directement en pilotant une station d’épuration municipale.

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Traitement de dépollution des eaux usées 2

Le traitement des eaux usées implique un certain nombre d’étapes constantes, telles que le dégrillage, dégraissage…et des étapes variables selon le type de station d’épuration utilisé. Au cours de votre carrière d’ingénieur vous pourrez être amené à piloter ou installer des stations d’épurations, soit pour une entreprise qui traite ces eaux usées avant de les ajouter aux eaux domestiques, doit directement en pilotant une station d’épuration municipale.

clarificateur

boues

Recirculation partielle des boues

recirculationEaux usées

.

L’effluent est finalement déchargé dans le clarificateur où les boues se déposent, au besoin grâce à l’addition de floculant, et les eaux claires de surface sont éliminées dans les cours d’eau. Si besoin une étape supplémentaire de percolation dans un sol végétalisé est ajouté.

Les eaux passent ensuite dans un aérateur où l’ammoniaque sera en partie assimilé pour la synthèse d’acides aminés et pour le reste convertie en nitrates par des bactéries nitrifiantes. L’épuisement des effluents en nitrates et ammoniaque au bénéfice de la libération d’azote nécessite une recirculation dans les deux épurateurs anaérobie et aérobie

Les eaux usées peuvent d’abord être traitées en anaérobiose. Pendant cette étape les nitrates qui arrivent dans les eaux sont convertis en NH4+ et N2, grâce à des bactéries qui réalisent la respiration des nitrates et soit vont jusqu’au stade azote moléculaire libéré dans l’atmosphère, soit jusqu’au stade ammoniaque dont une partie seulement sert à leur synthèse d’acides aminés.

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Traitement de dépollution des eaux usées 3la nitrification

Les bactéries lithotrophes tirent leur énergie de l’oxydation d’un substrat minéral, c’est le cas des bactéries nitrifiantes qui oxydent l’ion ammonium. Deux groupes bactériens le plus souvent autotrophes se succèdent pour cette opération, les bactéries qui vont jusqu’au stade nitrite puis celles qui vont au nitrate.Les deux étapes se réalisent à des pH alcalins, 7,5 à 8.

Nitrosomonas, Nitrospira, Nitrosococcus, Nitrosolobus effectuent la première étape:

NH4+ + 3/2 O2 NO2

- + 2H+ + H2O

Nitrobacter, Nitrococcus effectuent la deuxième étape:

NO2- + 1/2 O2 NO3-

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Biorémédiation

La biorémédiation est l’utilisation de stratégies diverses pour dépolluer des sols contaminés par des polluants en général des hydrocarbures. En règle générale les sols pollués contiennent des bactéries capables de dégrader ces polluants, mais souvent les conditions de développement des bactéries ne sont pas optimales voire pas viables. L’eau n’est pas disponible en même temps que le substrat hydrophile et le contact entre les bactéries et le polluant se fera mal ou pas. L’eau peut être aussi peu abondante, sols trop secs

Addition dans le sol deTensioactifs

Le substrat carboné est à saturation, mais les sources d’azote et de phosphore sont limitantes voire absentes.

Addition dans le sol dephosphate , d’ammoniumd’urée ou de nitrates

La dégradation des hydrocarbures passe par une oxydation en particulier quand des cycles phénoliques sont présents. Il faut aussi assurer l’élimination du CO2 produit de la dégradation des hydrocarbures

Ventilation du solCirculation d’air

Arrosage du sol

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Biorémédiation2

La biorémédiation peut se faire in situ ou après extraction des sols pollués ex-situ: Le bioventing consiste en l’aménagement dans le sol pollué de puits permettant la circulation de l’eau , l’injection des nutriments et la circulation de l’air. Les injections se font au centre de la zône polluée et les extractions en bordure de cette zône.

AirEaunutriments

90

Biorémédiation3Lorsque le sol est pollué sur une faible profondeur, il est possible de l’extraire et de le traiter dans un espace aménagé. Les résultats sont plus rapides. La terre polluée est déposée sur une surface étanche. Le tas de terre est arrosé avec de l’eau enrichie en tensio-actifs, phosphates, ammoniaque. Des conduites extraient l’air enrichi en CO2 à partir du centre du tas et les liquides qui ont percolé dans la terre sont récupérés et en partie réutilisés.

Eau , minéraux

Extraction d’air

91

Dégradation des hydrocarbures

Atomes de O2, rarement séparés sauf pour former H20Le plus souvent peroxydations

Atomes de O2, séparés Agent d’oxydation 

Pas de fixation directe d’O2 sur le substrat

Incorporation des atomes d’oxygène sur le substrat

oxydase oxygénase

AH2 + O2 + (2H+ +2e-) AHOH + H2O AH2 + O2 A(OH)2

La dégradation des hydrocarbures est rendue possible grâce à l’activité d’enzymes spécifiques aux Pseudomonas : les oxygénases. Ces enzymes attaquent directement les molécules à l’aide d’oxygène moléculaire.

CH2

CH2CH3

CH2

CH3

CH2

CH2

CH2

CH2

hydrocarbure

CH2

CH2CH3

CH2

CH2 OH

CH2

CH2

CH2

CH2

+ H2O

alcool

CH2

CH2CH3

CH2

COOH

CH2

CH2

CH2

CH2

Acide gras

NADH, H+

NAD+

O2

oxydationdéshydrogénation

oxygénation

92

Dégradation des hydrocarbures cycliques

Les performances de ce type de bactéries sont utilisées pour le traitement de nappe de pétrole. Un dispersant est vaporisé sur la nappe pour fractionner le film huileux. Le dispersant est Additionné de tensio-actifs , de bactéries et de source d’azote et de phosphore

O2

NADPH, H+ NADP

COO-

OH

4-hydroxybenzoate

COO-

OH

OH

+ H2O

3,4- dihydroxybenzoate = protocatéchuate

O2

COO-

COO-

COO-

3,4-carboxy-cis,cis-muconate

93

Production de nanoparticules magnétiques

Les spirilles vivent en grand nombre dans les eaux et sont adaptés à la consommation de substrats organiques très divers et très dilués, ce qui leur confère un grand pouvoir d’élimination de la pollution en matières organiques des eaux.

Une espèce présente un comportement très particulier puisqu’elle migre dans un champ magnétique en direction du Nord Aquaspirillum magnetotacticum. Elle accumule le fer sous forme de magnétite et se comporte comme de micro-aimants. C’est une bactérie microaérophile qui peut utiliser les nitrates mais aussi le fer III comme accepteur terminal des chaînes respiratoires.

Oxydation d’un substrat organiqueRécupération directe d’e-

O2 ou NO3

Moins de 1% d’O2

Fe 3+ Fe 2+

anaérobiose

Magnétosomemagnétite

Le fer participe à des échanges complexes : le Fe III entre dans la cellule où il est réduit contre l’oxydation d’un substrat organique à disposition des cellules (pyruvate par ex) Le Fe II est ensuite réoxydé par l’oxygène présent en conditions micro-aérophiles, puis il sert comme accepteur respiratoire final.

La magnétite est un mélange de Fer III et Fer II

94

Aquaspirillum magnetotacticum

Nord

Sédiments marins

Trajet des bactéries

La bactérie tant qu’elle possède des réserves de magnétite suit les courants magnétiques qui lui impose de s’enfoncer dans les eaux marines profondes donc anaérobies. En anaérobiose, le Fe II s’accumule et le Fe III s’épuise, et globalement le fer s’épuise dans ces milieux carencés en fer. La magnétite apparaît donc comme une réserve de fer alternativement oxydé et réduit. Les magnétosomes qui ne seront alors plus efficaces et laisseront les bactéries remonter en surface, se recharger en zone aérobie en fer et donc en magnétite. Lorsque les bactéries meurent elles s’accumulent dans les sédiments marins riches en magnétite.

Champ électromagnétique terrestre

95

purification d’une cible par magnétosome

Extraction des granules de magnétites

Encapsulation des magnétosomes dans des acides aminés

Couplage entre un enzyme, ou un anti-corpset le magnétosome.

Mélange bactérien A-C couplés

Les japonais cultivent cette bactérie en milieu riche en fer et en conditions microaérophiles. Ils extraient les particules de magnétites qui sont couplées avec des acides aminés de manière à former une capsule magnétique sur laquelle s’ancrera l’enzyme. On peut alors récupérer l’enzyme après lavage des particules magnétiques.

Fixation des bactéries cibles aux A-C Séparation des bactéries

liées aux A-C par aimantation

Elimination par rinçage de l’indésirable

96

Lutte biologiqueB.thuringiensis Est l’espèce type de bacilles pathogènes pour les insectes. Au cours du mécanisme de sporulation, il secrète une toxine protéique qui se condense sous forme d’un cristal dans la cellule végétative. Lors de la lyse de la bactérie le cristal est libéré. Cette toxine ingérée par des insectes provoque des nécroses fatales de l’appareil digestif des larves. Ce bacille a donc été envisagé comme agent de lutte bactériologique, soit sous forme de bactérie entière soit sous forme de dispersion du cristal toxique. Ce mode de lutte biologique serait particulièrement performant pour les régions où sévit la malaria véhiculée par les moustiques.

La prototoxine une protéine de 130 kDa est solubilisée puis protéolysée en une toxine de 55-65 kDa dans le tube digestif des insectes. La toxine se fixe alors sur un récepteur membranaire de la paroi intestinale et forme un pore de diffusion de l’eau et des électrolytes. La fuite de l’eau et des électrolytes provoque la mort des larves. Il semblerait de plus que la première voie d’action de la toxine soit de bloquer les processus de nutrition de l’insecte sans que ce mécanisme soit élucidé. .

spore

97

Production de biopolymères

Les plastiques traditionnels dérivés du pétrole ne sont pas biodégradables. Ils peuvent être remplacés partiellement dans certaines applications par des biopolymères qui sont biodégradables. Aujourd’hui la plupart des biopolymères sont fabriqués à partir de produits d’origine végétale, mais les bactéries sont susceptibles de fabriquer des molécules polymérisables capables de remplacer en tout ou partie les polymères dérivés du pétrole.

Alcaligenes latus (=Azohydromonas lata) est une bactérie de la famille des Pseudomonas, donc aérobie stricte, qui synthétise un polymère: polyhydroxybutyrate qui lui sert de réserve énergétique et de carbone. Le polymère est synthétisé pendant la phase de croissance exponentielle puis l’accumulation augmente quand le substrat est toujours disponible , mais le substrat azoté en carence.

n—O—CH—CH2—C —

CH3 O

Le polymère pourrait avoir diverses applications: en médecine pour des fils de suture, dans le secteur agricole pour fabriquer des films biodégradables, dans le secteur domestique pour la production de sacs poubelles compostables, ou encore pour la fabrication d’ustensiles jetables pour la restauration rapide. Il est souvent nécessaire de mélanger des fibres végétales (cellulose) pour consolider le support plastique.

98

Compostage et méthanisationLes déchets végétaux , sauf exception sont biodégradables facilement. La pratique ancestrale de compostage s’est

modernisée avec la commercialisation de poudre de spores bactériennes: Bacillus subtilis et megaterium qui activent en germant et en se multipliant dans les déchets verts. Cette dégradation est accélérée par l’addition de lombrics qui broutent les particules végétales, mélangent le compost et dont le tube digestif contient des bactéries cellulolytiques , xylanolytiques et chitinolytique (carapace des insectes).

La méthanisation est une autre voie de valorisation des déchets organiques. Elle implique des conditions d’incubation particulières. Elle comporte plusieurs étapes qui mettent en jeu des microorganismes organisés en « chaînes trophiques » et se réalise en anaérobiose stricte.

Matière organique

Protéines, Polysaccharides (cellulose, amidon)lipides

La matière organique est d’abord hydrolysée en composant simples: sucres, acides aminés acides gras par des enzymes

excrétés par des bactéries hydrolytiques: Clostridium, Ruminococcus, Propionibacterium, Butyrivibrio

Hydrolyse Composés simples

Acides aminésGlucose, pentoses, Acides gras

99

Méthanisation Les composés simples sont fermentés par ces bactéries et des bactéries commensales (qui vivent avec) et transformés en acides organiques et alcools; eux-mêmes dégradés en acide acétique, hydrogène et CO2 par des bactéries acétogènes.

Composés simples

Acides aminésGlucose, pentoses, Acides gras

Fermentation

Ac. lactique, propionique, éthanol, glycérol

Acétogénèse

Ac. acétique,

CO2, H2

Les bactéries méthanogènes sont soit acétoclastes, c’est-à-dire qui clivent l’acide acétique en méthane et CO2, soit autotrophes et hydrogènophiles: elles forment du méthane par réduction du CO2 en conditions d’anaérobiose stricte.

CH4

Méthanogénèse acétoclaste

Méthanogénèse autotrophe

Le mélange gazeux obtenu ou biogaz est composé en moyenne de 50 à 80% de méthane; le reste des gaz étant du CO2 et de l’azote gazeux

100

Production d’hydrogène

Dans l’optique de remplacer les sources d’énergies fossiles par des carburants renouvelables l’utilisation d’hydrogène est envisagée. L’hydrogène peut être produit par des voies chimiques mais aussi par un procédé proche de celui de la méthanisation. Des consortia bactériens dégradent des déchets végétaux pour produire de l’hydrogène. Le point critique de ce procédé est d’éviter la production de méthane, en particulier en sélectionnant des consortia dépourvus de bactéries méthanogènes, et en régulant le pH à une valeur basse.

L’autre difficulté de ce procédé est l’accumulation d’acides organiques courtes chaîne: acétique, butyrique ,propionique qui sont des polluants et qui devront être valorisés à leur tour.

La production d’hydrogène peut être aussi le produit de la photosynthèse par des bactéries sui utilisent des acides gras comme

source de carbone et la lumière comme source d’énergie en libérant de l’hydrogène: par exemple Rhodobacter Le point critique est alors la diffusion de la lumière dans le milieu de culture ou la concentration bactérienne est élevée.

101

NO3-

NAPNAPcytC

NORCNORC

N2ONN22ORORPP

N2

NO3-

ABC transporteur

Nitrate réductase Nitrate réductase assimilatrice 3assimilatrice 3

Nitrate réductase Nitrate réductase dissimilatrice 1dissimilatrice 1

NASNAS

NiRPNiRP

NO

NO2-

Nitrate réductase Nitrate réductase respiratoire 2respiratoire 2

NO2-

NARNAR

NH4+

Nitrite réductase Nitrite réductase assimilatriceassimilatrice

Dénitrification

102

ee--

cytoplascytoplasmeme

espace espace périplasmiquepériplasmique

cytccytc

2 H+2 H+NONO33

--

++H2OH2O

NONO22- -

++

QHQH22

QQ

2 H+2 H+

cytccytc

MoPtMoPtFe -SFe -S

NapBNapB

NapCNapC

NapANapA

1 Dissimilation nitrate : Nap 1 Dissimilation nitrate : Nap

ee--

cytoplascytoplasmeme

espace espace périplasmiquepériplasmique

2 H+2 H+

ATPATPsynthasesynthase

MoPtMoPt

2 H+2 H+NONO33

--

++H2OH2O

NONO22- -

++

QHQH22

QQ

2 H+2 H+

cytbcytb

Fe -SFe -S Fe -SFe -S

NarlNarl

NarHNarH NarGNarG

NarKNarK

ATPATP ADPADP

2 Respiration nitrate : Nar2 Respiration nitrate : Nar

104

ee--

cytoplascytoplasmeme

espace espace périplasmiquepériplasmique

2 H+2 H+

NONO33--

++

H2OH2O

NONO22- -

++

FADFAD

Fe -SFe -S

MoPtMoPtFe -SFe -S

NasCNasC

NasBNasB

NasANasAATPATP ADPADP

NHNH44++

NAD(P)HNAD(P)H

3 Assimilation nitrate : 3 Assimilation nitrate : NasNas

ABC transporteurNONO33

--

++

105

Réduction de

génotoxicité

0

50

100

Lbacidophilus

Streptococcusthermophilus

Bifidobacteriumlactis

Lactobacillusplantarum

Lactobacilluscasei

%tage d’inhibition de génotoxicité de la furazolidonesur E.coli (réponse de type SOS)

106

Japon 2005

Stimulation du système immunitaireProbiotiques incorporés à l’alimentde truites à raison de 10 11 bactéries viables par gramme d’aliment

Jour O Jour 1O Jour 2O

témoin

Lactobacillus rhamnosus

Concentration en immunoglobulines (mg/ml)

0

2

4

6

8

10

12

107

S1

S20

50

100

150

200

Taïwan 2005

Réduction du taux de cholestérol sanguin

Souris alimentées avec un régime riche en cholestérol etune boisson additionnée de probiotiques

LDL

Cholestéroltotal

Taux de cholestéro

l

eau Lait +Lb casei Lait +

Lb plantarum Lait + Lb acidophilus