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Microbiologie générale
Dr BELKHIRI F.
Crédit: 8Coefficient: 3
La microbiologie
C’est la discipline qui étudie les organismes trop petits et invisiblesà l’œil nu. on les appelle micro-organismes,
microbes ou protistes.
•Les microbes comprennent les:
Champignons microscopiques (5-10µm). Algues unicellulaires (2- 200µm). Protozoaires (1-200µm).Bactéries (0,2- 50µm ).Virus (0.03 -4µm).
La microbiologie est une science multidisciplinaire comprenant
La mycologie ; L'algologie ; La protozoologie ;La bactériologie.La virologie
Contenu de la matière
Chapitre I: Le Monde microbien
1. Historique2. Place de microorganismes dans le
monde vivant3. Caractéristiques générales de la
cellule procaryote
Techniques d’observation de la cellule bactérienne La morphologie cellulaire La paroi Bactérienne La membrane plasmique Le cytoplasme bactérien Le chromosome bactérien Les plasmides Les Pilli La capsule Les cils et flagelles La spore
Chapitre 2: La Cellule bactérienne
1. Classification phénétique2. Classification phylogénique3. Classification de Bergey
Chapitre 3: Classification bactérienne
Chapitre 4: Nutrition bactérienne
4.1. Besoins élémentaires4.2. Facteurs de croissance4.3. Types trophiques4.4. Paramètres physico-chimiques
5.1. Mesure de la croissance5.2. Paramètres de la croissance5.3. Courbe de croissance (culture discontinue)5.4. Culture bactérienne5.5. Agents antimicrobiens
Chapitre 5: Croissance bactérienne
6.1. Mycologie (levure et moisissure)6.1.1. Taxonomie6.1.2. Morphologie6.1.3. Reproduction6.2. Virologie6.2.1. Morphologie (capside et enveloppe)6.2.2. Différents types de virus
Chapitre 6: Notions de mycologie et de virologie
TP Microbiologie Introduction au laboratoire de microbiologiePréparation d’un milieu de cultureEtude macroscopique et microscopique des
bactériesTechniques d’ ensemencement des bactériesLa coloration de GramLa coloration de la spore
Chapitre I: Le Monde microbien
1. Historique2. Place de microorganismes
dans le monde vivant3. Caractéristiques générales
de la cellule procaryote
1- Avant la découverte des microorganismes
Avant Jésus Christ (av. J-C) et pendant des dizaines de siècles après:
Beaucoup pensaient que les maladies sont provoquées par :
1. Forces surnaturelles,
2. Vapeurs empoisonnées (miasmes),
3. Déséquilibres entre les quatre humeurs (sang, phlegme, bile jaune et bile noire).
Lymphatique / Impassible.
Bilieux, enclin à la violence
Jovial et Chaleureux; Mélancolique/
Anxieux
Plus tard:
«Contagium vivum»
Veut dire
Les maladies sont causées par des organismes invisibles
2- Invention du 1er Microscope et l’Observation des « Animalcules »
En 1676, un drapier Hollandais de Delft (Pays-Bas) et grand amateur de microscopes, Antony Van Leeuwenhoek (1632-1723), a Inventé ou fabriqué un microscope rudimentaire (simple ou primitif).
Lentille bi-convexe en verre insérée entre deux plaques de métal
L'objet est fixé sur la pointe
La position se règle à l'aide de vis de mise au point
G . 70 à 250 fois pour une résolution de 1,5 microns.
Sphères(cocci)
Bâtonnets (bacilles)
Spirilles (spiralée)
Leeuwenhoek a observé un grand nombre de particules invisibles à l’œil nu et il les a nommé «Animalcules».
GR par microscope Van Leeuwenhoek GR par microscopie électronique
Van Leeuwenhoek était le premier qui a observé: A- les globules rouges du sang (1673), B- les protozoaires, les spermatozoïdes (1677),C- les cellules de la levure de bière (1680), D- les bactéries (1683) et E- les capillaires (1689).
3- La théorie de la génération spontanée (Abiogenèse)
Théorie de génération spontanéedéfendue par le philosophe Aristote
(la vie provient du non vivant)
= Les organismes vivants pouvaient se développer à partir de matière morte ou en décomposition grâce à une mystérieuse force vitale.
Francesco Redi dès 1668 (opposant)Contre l’Abiogénèse
Les larves qui se formaient sur de la viande en décomposition sont issues du développement des œufs que les mouches y avaient déposés, et non d’une transformation de la viande en larves.
Défenseurs de l’Abiogénèse
Mais est ce que cette explicationpeut être appliquée sur la prolifération d’«animalcules» observés au microscope dans les infusions et bouillons de viande ?
La réponse à cette question demanda deux siècles de
conversation
Lazzaro Spallanzani (1729-1799)Contre l’abiogénèse
Lazzaro suggéra queles germes proviennent de l’air,
Défenseurs de la génération spontanée
le chauffage de l’air dans les flacons scellés détruisait sa capacité à maintenir la vie !
Needham (les bouchons ont empêché l’entré de la force vitale !) et
Lavoisier (La fermeture des flacons empêche l’entrée de l’oxygène, nécessaire à la vie !).
4- Pasteur (1822-1895) et chutede génération spontanée
Pasteur (1822-1895) et chute de génération spontanée
Un scientifique français, chimiste et physicien de formation et plus tard, un Pionnier de la microbiologie
En 1861, Pasteur filtra d’abord l’air au travers de coton, il trouva que des objets ressemblant à des spores végétales y étaient piégés. Lorsqu’il mit ce morceau de coton dans un milieu organique stérile, après un certain temps, il observa une croissance microbienne.
Louis Pasteur (1822-1895)Mais, si les tubes étaient cassés, la poussière
entra dans le flacon et la croissance commençait immédiatement dans le milieu.
si les flacons étaient inclinés, le liquide stérile rentra en contacte avec la poussière et la croissance commençait immédiatement dans le milieu.
Louis Pasteur (1822-1895) Il avait résolu la controverse en 1861, Il avait montré comment garder des solutions
stériles. Il mit en évidence la présence des animalcules
dans l’atmosphère. Il montra que le développement de ces
animalcules dans certains liquides organiques peut causer leur altération.
Cette prouesse lui vaudra le prix de l'académie des sciences en 1862.
En 1877, John Tyndall (1820-1893) , montra l’existence de formes bactériennes exceptionnellement résistantes à la chaleur (spores). Ferdinand Cohn (1828-1898)
découvrit l’existence d’endospores bactériennes résistantes à la chaleur. Tyndall inventa un procédé de
stérilisation appelé la tyndallisation.
il a démontré que toutes les fermentations étaient liées à l’activité de levures ou de bactéries bien spécifiques, et il a publié plusieurs articles.Ses travaux sur les maladies du vin et de
la bière le conduiront en (1866-1876) à l’invention de la pasteurisation(méthode de stérilisation).
Les travaux de Pasteur sur les fermentations (1857-1860):
5- Les travaux de Robert Koch (1843-1910)
Robert Koch médecin allemand (1843-1910)
En 1868: Robert Koch commença sa carrière de médecin de campagne, et il s'intéresse à un domaine nouveau: labactériologie. Il n'a cessé de rechercher la cause
des maladies mortelles.
Comment?
Koch a inventé plusieurs manières de cultiver les micro-organismes, Il les isole, les colore, les observe, les manipule et les inocule à
des hôtes sains.
En 1873: Koch aperçut l’agent responsable du charbon épidémique (Bacillus anthracis) dans le sang des moutons charbonneux.
En 1874, Koch découvrit la phase sporulée de la bactérie (Bacillus anthracis).
En 1876, Koch fut le premier à réussir la culture du bacille du charbon (Bacillusanthracis).
1- Charbon des moutons
Il développa à cette occasion plusieurs
nouvelles techniques de:
1. Coloration,
2. Mise en culture,
3. Isolement et
4. Identification des germes.
En 1882, Koch isola le bacille de la tuberculose: bacille de Koch (Mycobacterium tuberculosis)
Koch découvrait également la tuberculine, extrait du bacille,
son rôle: c’est pour le diagnostic de la maladie.
Il en fait, à tort, un principe du traitementde la tuberculose.
2- La Tuberculose
En 1883, au cours d'une expédition en Égypte, Koch isola l'agent microbien du choléra (Vibrio cholerae).
De 1891 à 1904, Koch est le directeur de l'Institut des maladies infectieuses qu'il a fondé comme équivalent de l'Institut Pasteur à Paris.
En 1905: Le travail de Koch sur la tuberculose, lui vaudra le Prix Nobel de médecine et de physiologie
Inventions dans le laboratoire de Koch
1. Développement des milieux de culture à base d’extraits de viande et de protéines digérées.
2. L’utilisation de l’agar au lieu de la gélatine pour solidifier le milieu de culture.
3. Un autre outil important développé dans le laboratoire de Koch, la boite de Pétri, d’après le nom de Richard Pétri.
6- Les postulats de Koch
7- Pasteur et la découverte des vaccins
Immunisation (1880)Principe de l’immunisation selon Pasteur: Il isola la bactérie responsable du cholera
des poules en utilisant le postulat de Koch et prépara une démonstration publique ou il inocula à des poules saines des cultures pures. A sa grande surprise les poules demeurèrent vivantes et en santé?
vaccination
Conclusion :
Les bactéries veilles pouvaient en quelques sortes perdre leur virulence
MaisCes bactéries pouvaient stimuler l’hôte
à produire les anticorps.
1- Classification en 2 règnes: Animal et Végétal
Elaborée par le botaniste suédois Carl van Linné, en 1735, La première classification des
organismes vivants en deux règnes Plantae et Animalia. Comment? tout ce qui est mobile est
animal et tout ce qui est immobile etphotosynthétique (vert) est végétal.
2- Classification en 3 règnes: Animal et Végétal
Par Haeckel en 1866:Les 3 règnes: Animal, Végétal et ProtistesProtistes englobe: les algues, les protozoaires, les champignons et les bactéries.1. Les plantes et les animaux: complexes, pluricellulaires avec des cellules bien différenciées s’organisent en tissus pour former des organes. 2. Les protistes simples, possédant souvent des cellules pas ou très peu différenciées, du même type et indépendantes.
3- Distinction entre cellules eucaryotes et procaryotes
En 1937 et grâce à l’invention du microscope électronique, Edward Chatton mis en opposition deux types de cellules: Cellule eucaryote (a un noyau
entouré d’une enveloppe) Cellule procaryote (n’ont pas de
noyau limité par une enveloppe).
4- Classification en 2 règnes: eucaryotes et procaryotes
Par Murray (1968) deux règnes: "Eucaryotae" et "Procaryotae" (ou
"Monera"). Au sein du règne des Procaryotae, Murray distinguait 04
divisions retrouvées dans le manuel de Bergey: • La division des "Gracilicutes". Regroupant les bactéries
à Gram négatif. • La division des "Firmicutes". Regroupant les bactéries
à Gram positif. • La division des "Tenericutes". Bactéries dépourvues de
paroi. • La division des "Mendosicutes". Archaebactéries.
5- Classification en 5 règnes:
Par Robert Whittaker (1969)Les 05 règnes: 4 règnes eucaryotes
(Animal, Végétal, Champignons et Protistes). 1 règne procaryotes (monères).Basée sur trois niveaux d'organisation
(procaryote, eucaryote unicellulaire et eucaryote multicellulaire) et trois directions d'évolution en relation avec la nutrition (photosynthèse, absorption et ingestion).
6- Classification en trois Royaumes
Par Carl Woese, 1977-1990 Il a divisé le règne Monera dans le systeme
à 5 règnes en deux domaines: « Eubacteria » et « Archaebacteria » en basant sur la comparaison des séquences des ARN ribosomaux (ARNr) d’une multitude d’organismes.
Il proposa une nouvelle classification basée sur des critères phylogénétiques, en trois royaumes, les «Eubacteria», les «Archaebacteria» et les «Urcaryotes».
La vision tripartite du vivant est renforcée en 1990 quand Woese et ses collaborateurs proposent une nouvelle taxonomie en modifiant les noms des trois royaumes primaires pour les remplacer par trois domaines : «Bacteria», «Eucarya» et «Archaea».
Ils ont établi un arbre phylogénique de tous les êtres vivants. L'arbre est basé sur des séquences de l'ARNr 16S.
Arbre phylogénétique hypothétique de tous les organismes vivants. L'arbre est basé sur des séquences de l'ARNr 16S. À l'origine proposé par Carl Woese, il montre l'histoire évolutive des trois domaines du vivant (bactéries, archaea et eucaryotes.
1- Distinction entre eucaryoteet procaryote
Caractéristiques générales des cellules procaryotes
Procaryotes (du grec protos = primitif, et karion =
noyau).
comprend les organismes unicellulaires les plus
simples: les Archaebactéries, les Eubactéries et les
Algues bleues, dépourvus de membrane nucléaire
: le matériel génétique n’est pas enfermé dans un
noyau cellulaire mais est librement immergé dans
le cytoplasme.
Organisation cellulaire d’une bactérie
Eucaryotes (du grec eu = vrai, et karion = noyau)
comprend tous les autres êtres unicellulaires et
pluricellulaires: Protozoaires, Algues,
Champignons, les végétaux et les animaux, qui
ont un noyau bien défini, avec une membrane
qui sépare le matériel génétique du cytoplasme.
Caractéristiques générales des cellules eucaryotes
Organisation d’une Cellule Eucaryote
1. Comparaison des génomes
2. Comparaison des systèmes membranaires et éléments cytoplasmiques :
3. Composition chimique de la paroi
2- Le domaine Archaea
Les Archées sont:1- des Procaryotes unicellulaires;2- ne sont pas des bactéries 3- vivent dans des conditions extrêmes dans des
endroits inaccessibles et uniques (sources chaudes, fond d’océan…).
4- chimiosynthétiques ou photosynthétiques.5- elles sont partout et représentent jusqu’à 20%
des procaryotes en biomasse ;
Quatre types morphologiques ont été décrits :allongées;
sphériques isolées; en paquets de sphères (sarcina);
spirillaires. On a trouvé des archaebactéries :- Gram-positives et Gram-négatives, Une autre particularité des archaebactéries:
l'absence d'une vraie paroi entourant la membrane cellulaire
1- Les Méthanogènes
1. Anaérobies strictes2. Ce sont les seuls microorganismes sur terre à
produire du méthane
1. Habitats variés:- eaux stagnantes (marais, station d’épuration)- sol- lacs salés- zones volcaniques- sédiments sous-marins des sources chaudes- tractus intestinal des mammifères (homme inclus)
2. Modes de vie très variés:- adaptation à la salinité- adaptation à toutes les températuresex.:
Aérobies obligatoires, Se sont les seules Archaebactéries capables de
photosynthèses grâce à des pigments caroténoïdes, qui leur confèrent une couleur rose. Le genre Halobacterium en est l’exemple type.
2- Les halophiles
Les halophiles extrêmes se développent dans des bassins à haute concentration saline (+ de 9%): ex. -Bassins d'évaporation d'eau de mer,
- Grand Lac Salé, - Mer Morte.
Aérobies ou anaérobies ont besoin de sulfure Vivent dans des endroits très
acides (pH 1-3) et chauds (de 41 à122˚)
Trouvées dans les orifices volcaniques, des sources chaudes …
3- Les thermoacidophiles
Methanocaldococcusjannaschii
2- Distinction entre Archaea etBacteria
Les Archées se distinguent des Bactériespar plusieurs traits, principalement par:
1. Les séquences particulières de leurs ARNr.
2. Elles sont dépourvues de peptidoglycane pariétal
3. Elles ont des lipides membranaires particuliers.
4. Et par l’absence d’espèces pathogènes pour les humains ou même pour les animaux.
Tableau Comparatif des Trois Domaines (Bacteria, Archaea
et Eucarya)
4. Toxicité sélectivecertains agents chimiques (antibiotiques) ont un effet toxique différent selon qu’il s’agisse d’une cellule eucaryote ou procaryote. Car ces agents ont des cibles spécifiques, lesquelles peuvent exister chez un type de cellule mais pas chez l’autre. Ex. les β-lactamines (groupe des pénicillines et céphalosporines), ont pour cible la muréine ; elles seront par conséquent toxiques pour les bactéries mais pas pour les eucaryotes.
4. Toxicité sélective
Chapitre 2. La cellule bactérienne
1. Caractéristiques générales2. Méthodes d’observation des
bactéries3. Eléments constants et facultatifs
de la cellule bactérienne.
Mme : BELKHIRI Farida (MCB)Microbiologie en 2019/2020
• La cellule bactérienne • procaryote, unicellulaire, simple et autonome. • se caractérise par : • a- l’absence de noyau : l’ADN est libre dans le
cytoplasme.• b- Sa taille moyenne: varie de 0.2 à 15 µm.• c- un seul chromosome circulaire.• d- l’absence de mitochondries.• e- Son mode de reproduction : par scissiparité : donc
il n’y a ni mitose, ni méiose.
1- Observation macroscopiquedes colonies
• Une colonie : est l'amas, visible à l’œil nu, constitué par des milliards de descendants d'une seule cellule bactérienne.
• Chaque espèce a une colonie spécifique de: taille, forme, couleur, consistance et odeur, caractéristiques.
I. Observation macroscopique des colonies
II. Observation microscopique de la cellule bactérienne• A. EXAMEN A L’ETAT FRAIS• C’est l’examen microscopique de bactéries vivantes, en milieu liquide. • Il permet d’apprécier leur mobilité (ou immobilité).
•Homogénéiser la culture liquide à prélever.
•Prélèvement: prélever une goutte de culture liquide (à la pipette Pasteur ou à l'anse de platine) et la déposer sur une lame propre.
•Pose de la lamelle, en partant d'une position inclinée à 45°. Attention! Le liquide ne doit pas déborder.
Observation de la mobilité : une bactérie mobile doit se déplacer dans le champ microscopique avec un
mouvement qui lui est propre. Cette mobilité ne doit pas être confondue ni avec le mouvement
BROWNIEN (mouvement aléatoire) ni avec le mouvement SINUSOIDAL(un corde qui vibre).
B- Observation d’un frottis coloré L’examen après coloration permet d’observer des bactéries tuées fixées sur une lame et ayant subi l’action d’un ou plusieurs colorants. Les colorations, réalisées sur des frottis secs et fixés, sont classées en : 1- Coloration simple (un seul colorant) 2- Coloration différentielle type Gram 3- Colorations spéciales des structures bactériennes (capsules, spores….).
1- La paroi bactérienne
En 1884, un médecin danois, Christian GRAM a fut la distinction
entre deux types de bactéries: Gram+ et Gram- .
Ceci a été possible après avoir coloré un frottis bactérien comme
suit:
1. Coloration des bactéries par le violet de Gentiane
2. Addition d'une solution de lugol (solution iodo-iodurée, de
mordançage)
3. Traitement par l'alcool ou un mélange alcool + acétone.
A- La coloration de GRAM
Après la troisième étape,
Certaines bactéries restent colorées en violet, elles sont dites Gram+ ; d'autres se décolorent, elles sont dites Gram- .
Ceci montre donc qu'il existe des différences (de structure et/ou chimiques) entre ces deux types de bactéries.
Pour pouvoir bien observer les bactéries décolorées, on utilise la fuchsine après le traitement par l'alcool.
Les bactéries Gram+ gardent leur coloration violette alors que les Gram- prennent une coloration rose-rouge.
Gram + Gram -
Conclusion
• La paroi des bactéries Gram- est riche en lipides, ce qui la rend perméable à l’alcool qui décolore le cytoplasme,
• alors que la paroi des Gram+, riche en peptidoglycanes, est imperméable à l’alcool et le cytoplasme reste coloré en violet.
Gram+
Gram-
B- Différence entre la paroi G+et la paroi G-
• Paroi Gram+• généralement épaisse mesurant de 200 à 800 A° (20 - 80
nm).• Le peptidoglycane représente 40 à 95 % / épaisseur : 100 à
150 A°.• Acides teichoiques: uniquement chez les bactéries Gram+
(20 à 60 % de la paroi), localisés à l'extérieur de la paroi et peuvent avoir un rôle antigénique.
• Acides lipoteïchoiques-polymères de polyribitol phosphate (Staphylococcusaureus) -polyglycérol phosphate(Bacillus subtilis)
• chez certaines bactéries à G+ on retrouve des polysaccharides et des protéines (ex. chez Streptocoque).
• **Les Gram (+) excrètent plutôt les enzymes hors de la cellule.
Structure d’un acide teïchoiques : Phosphate + glycérol + R (Alanine, Glucose…)
• Paroi Gram –• plus mince 100 à 150 A˚(10 à 15 nm).• Beaucoup plus complexe: sa structure est stratifiée avec une
membrane externe à trois feuillets et une couche profonde dense (peptidoglycane):
a- le peptidoglycane : couche mince d'environ 20 A° d’épaisseur(20 % de la paroi).
b- l’espace périplasmique : contient des enzymes et des protéinesélaborées dans le cytoplasme. ont un rôle dans:
• - la dégradation de certaines molécules venant de l'extérieur (nucleases, phosphatases, penicillinases) .
• - le transport de substances nutritives à l’intérieur de la cellule (protéines de liaisons ou binding proteins)
• - Certaines protéines peuvent être impliquées dans la chimiotaxie
• Paroi Gram –• C- la membrane externe : de nature glucido-lipido-protéique,
liée à la couche de peptidoglycane par la lipoprotéine de Braun.
• La membrane externe est constituée de:1. Phospholipides
2. Lipo-polysaccharides (LPS) comprend :- une partie lipidique (lipide A) a une activité toxique, - liée à un polysaccharide central (le « core »), qui porte, - des chaînes de 3 à 6 sucres tournées vers l’extérieur (antigène O), (antigène somatique de nombreuses bactéries à G-)
• A cause du pouvoir toxique du lipide A, le LPS est appelée une « endotoxine ».
3. Protéines majeures « porines »: 70 % des protéines de ME,
- traversent toutes la membrane externe et sont fortement liées au peptidoglycane,
- Servent au transport des composés hydrophiles, essentielles à la vie de la bactérie comme les monosacharides, mais aussi à l'action de certains antibiotiques.4. Protéines mineures transport spécifique de petites
molécules incapables de passer à travers les porines ex : vit B12, nucléosides et les oligosaccharides comme le maltose et servent aussi comme des récepteurs pour des macrophages.
C- Peptidoglycane (muréine/mucopeptide)
• C’est un hétéropolymère complexe formé de 3 éléments différents : a. Des chaines polysaccharidiques faites de l'alternance régulière de sucres aminés et acétylées, la N-acétyl-glucosamine (NAG) et l'acide N-acétyl-muramique(ANAM ou NAM).
b. Des chaines tétrapeptidiques liées à l'acide N-acétyl-muramique. chez Staphylococcus aureus, la séquence est: L-ALA -Acide D-glutamique - L-Lysine - D-Alanine.
c. Des liaisons ou ponts interpeptidiques unissant le dernier acide aminé d'un tétrapeptide au troisième acide du tétrapeptide sous-jacent.chez S. aureus il s'agit d'un pont constitué de 5 molécules de glycine (pentapeptidique).
1: ANAM 2: NAG 3: liaison glucosidique (β1-4) 4: tétrapeptide , 5: pont interpeptidique
• Cette structure de polymère en réseau, qui donne à la cellule sa rigidité, est caractérisée par:
• -Les liaisons ß (1-4) entre l'acide N-acétylmuramique et la N-acétylglucosamine
• -l'ordre invariable des acides aminés qui forment le tétrapeptide
• -les ponts interpeptidiques entre la D-alanine d'un tétrapeptide et la L-lysine ou le DAP d'un tétrapeptide voisin.
• -la liaison ß-glucosidique qui unie chez les Gram+, l'acide teichoïque au résidu N-acétylglucosamine.
a Gram+ et b Gram-
Fonctions de la paroi
• Afin d’étudier les rôles de la paroi, on utilise une enzyme lytique: le lysozyme.
• Le lysozyme coupe les liaisons β1-4 glycosidiquesentre le NAG et l’ANAM.
• Il en résulte une destruction totale du peptidoglycane chez les bactéries Gram(+), et une fragmentation de celui-ci chez les Gram(-) car le peptidoglycane est moins accessible à cause de la membrane externe.
• Rôle 1assure le maintien de la forme de la bactérie
• Rôle 2assure une protection contre la pression osmotique intracellulaire (car forte concentration en métabolites à l’intérieur de la cellule >> l’eau rentre).
• Rôle 3propriétés antigéniques
• Rôle 4permet la fixation des bactériophages (lysotypie).
• Rôle 5 : Participe à la mobilité.Les flagelles sont implantés dans la membrane cytoplasmique mais ne peuvent pas fonctionner en absence de peptidoglycane (d’où immobilité des protoplastes).
• Rôle 6 : • La toxicité. Chez les Gram(-), le LPS est une
endotoxine (effet toxique porté par le lipide A) qui peut donner fièvres et lésions.
• Rôle 7 : • La perméabilité. La paroi laisse passer de
petites molécules comme l’eau, les sels minéraux ou des métabolites simples. Par contre elle est plus ou moins perméable à certains solvants (exemple l’alcool, coloration de Gram).
Autres types de paroi
• 1*Chez les Archéobactéries• Les Gram + ont une paroi avec une couche épaisse et
homogène de pseudopeptidoglycane. • Le pseudopeptidoglycane, contient seulement des AA (L) dans
les ponts, de l’acide N-acétyl alosaminuronique et pas de NAM et des liaisons osidiques β 1-3.
• Les Gram- n’ont pas de membrane externe ni de peptidoglycane, mais elles possèdent une couche superficielle de sous-unités protéiques ou lipoprotéiques.
• Ces parois peuvent être colorées par la méthode de Gram et apparaissent soit Gram+, soit Gram-.
• 2*Les mycobactéries • Leur paroi est très riche en lipides et contient des
cires: acides gras en C60 (acides mycoliques), qui empêchent de « prendre » la coloration de Gram.
• Ces bactéries sont dites : BAAR : bacilles acido-alcoolo-résistants. On les appelle aussi « bactéries sans paroi ».
• Ex : Mycobacterium bovis, Mycobacteriumtuberculosis, Mycobacterium leprea.
2- La Membrane plasmique bactérienne
Composition Chimique• Possède le même type de structure que la membrane
d’une cellule eucaryote (bicouche phospholipidique) mais avec: beaucoup moins de glucides et jamais de stérols (sauf chez les mycoplasmes).
• Elle est composée de 60 à 70 % de protéines et 30 à 40 % de lipides (amphipathiques).
• Elle contient les enzymes de la chaine respiratoire, les déshydrogénases et les coenzymes associés : NAD+, FAD, cytochromes, cytochrome oxydase.
• D’autres enzymes impliquées dans la synthèse des lipides et dans la réplication de l’ADN.
Modèle de la membrane en mosaïque fluide
Fonctions de la MPI. Un barrière semi-perméable (ou semi sélectif) • La MP permet le passage de molécules lipophiles et empêche
le passage des molécules hydrophiles. On distingue 2 grands types de transport :
1- Le transport passif : • - Suit le gradient de concentration avec la tendance d’établir
un équilibre entre les concentrations intra et extracellulaires d’un substrat donné.
• - Ne nécessite aucune énergie et n’entraine aucune accumulation.
a- Transport simple : concerne les substances liposolubles et de petites tailles. Ces substances traversent la MP sans l’aide d’aucune protéine.
b- Transport facilité : concerne les molécules de taille relativement importante et se fait à travers une protéine membranaire (facilitateur).
2- Le transport actif :• - Se fait contre le gradient de concentration c.-à-d. du
moins concentré vers le plus concentré.• - Nécessite une énergie et entraine une forte accumulation
du substrat. a- Transport actif primaire (chimio-osmotique)• sensible au choc osmotique• fait intervenir l’ATP comme source d’énergie et plusieurs
protéines de transport différentes.b- Transport actif secondaire (osmo-osmotique)• Fait intervenir la variation de concentration d’H+ (∆µH+)
comme source d’énergie.• Plus souvent une seule protéine de transport.• Caractérisé par le fait que la pénétration du substrat est
couplée à celle d’un proton.
II. Le chimiotactisme et site de fixation des flagelles
• - La MP joue un rôle important dans la détection des signaux et de composés présents dans le milieu environnant grâce à la présence de protéines transmembranaires du chimiotactisme.
• Ces protéines, permettent aux bactéries dotées de flagelles, de nager vers les endroits les plus riches en nutriments, ou bien, de s’éloigner des endroits défavorables comme ceux qui contiennent des substances toxiques.
• Ces protéines interviennent aussi dans le sens de rotation des flagelles.
III. La MP possède des protéines membranaires ayant pour rôles :
• Enzymes responsables de la biosynthèse et de l’excrétion dans l’espace périplasmique de molécules nécessaires à la synthèse de la paroi.
• Des Enzymes de la chaîne respiratoire permettant la synthèse d’ATP et celles de la photosynthèse.
• Des transporteurs de diverses molécules (ions, sucres, …) dans les 2 sens.
3- Le cytoplasme bactérien
• C’est un hydrogel colloïdal neutre (pH situé entre 7 et 7,2)
• Constitué de 70% d’eau et remplit de ribosomes etd’inclusions cytoplasmiques = substances de réserve
4- Les Ribosomes bactériens
• petites granulations sphériques de 20 à 30 nm de diamètre,• ont une structure complexe composée de protéines et
d’ARN, contenant environ 66% d’ARN ribosomal (ARNr) et 33% de protéines.
• ont une constante de sédimentation 70S. Ils se dissocient en deux sous-unités :
*la petite sous unité de CS 30S. *la grande sous unité, de CS 50S. • Sont plus petits que les ribosomes eucaryotes *Ribosomes procaryotes : 70S*Ribosomes eucaryotes : 80S• S = Unité de Svedberg (coefficient de sédimentation) • C’est une unité de mesure du taux de sédimentation.• (vitesse terminale de sédimentation divisée par
l'accélération)S= Vl /a
le ribosome bactérien
• Les ribosomes constituent les sites de la synthèse protéique.• Sont associés en chapelets sur l’ARNm sous forme de polysomes. • Les ribosomes présents dans le cytoplasme synthétisent les protéines
intracellulaires, tandis que les ribosomes liés à la membrane plasmique fabriquent les protéines qui sont exportées.
5- Les Substances de réserve
• Substances de réserve ou inclusions cytoplasmiques:
• en général, chaque groupe de bactéries synthétise une seule catégorie de substances de réserve qui forment des agrégats, parfois de grande taille.
• Peuvent être des glucides (amidon et glycogène), des lipides (poly-hydroxy-butyrate), du polyphosphate, et parfois des minéraux (fer, soufre).
• Au niveau de cytoplasme bactérien il existe aussi : • Des organites spécialisés: On trouve des
chromatophores (organites spécialisés dans la photosynthèse).
• Vacuoles à gaz (permettant aux bactéries aquatiques de flotter à la surface de l’eau).
6- Le chromosome bactérien
• I. Le nucléoïde• Le chromosome procaryote est situé dans une région
de forme irrégulière dite le nucléoïde, nommée aussi (corps nucléaire, corps de la chromatine, région nucléaire), n’est pas entourée d’une membrane et composée de 60% d’ADN, 30% d’ARN et 10% de protéines en poids.
• Il y a quelques exceptions ou des régions nucléaires sont liées à la membrane chez deux genres de planctomycètes: Pirellula et Gemmata.
1.Pirellula a une seule membrane qui entoure la région dite le pirellulosome, qui contient un nucléoïde fibrillaire et des particules de type ribosome.
2.Gemmata obscuriglobus Le corps nucléaire de est délimité par deux membranes.
II. Structure du chromosome- Les procaryotes contiennent généralement un seul chromosome constitué
d’un filament continu circulaire d'acide désoxyribonucléique (ADN) double
brin, mais certains ont un chromosome d'ADN linéaire. Récemment, il a été
découvert que certaines bactéries telles que Vibrio cholerae ont plus d'un
chromosome (deux). Le poids moléculaire d’un chromosome est de l’ordre
de 3. 109 daltons et le nombre de paires de bases de 5. 106.
L’ADN ou l’acide désoxyribonucléique est un polymère de PM élevé,
composé d’unités appelées nucléotides.
* Le rapport (A+T)/G+C) mieux connu sous le nom de coefficient de
Chargaff varie selon les espèces. On l’exprime en GC%. 50% chez E.coli,
60% chez Pseudomonas, 25 à 45% chez Clostridium….
• Ex. Chez Escherichia coli• une bactérie de forme coccobacille; d’environ 2 à 6 µm de long; • le cercle d’ADN fermé mesure environ 1400 µm; de long, donc l'ADN est bouclé
et fortement enroulé pour être efficacement emballé et s’intégrer au nucléoïde. • Probablement l’ADN est enroulé à l'aide d'ARN et de protéines nucléoïdes
basiques (ces protéines comme la spermine correspondent aux protéines histones présentes dans les noyaux eucaryotes).
• III. Observation microscopique • Les fibres d’ADN apparaissent souvent sur les micrographies
électroniques.
• Le nucléoïde est également visible au microscope optique après la
coloration de Feulgen, qui réagit spécifiquement avec l'ADN.
• Coloration de Feulgen = traitement à l’acide chlorhydrique (HCl) dilué
qui libère le désoxyribose et ses fonctions aldéhydes. En présence de
réactif de Schiff (colorant basique), les résidus aldéhydiques se colorent
en rouge foncé.
• Une bactérie peut avoir plusieurs nucléoïdes lorsque la division
cellulaire se produit après la duplication du matériel génétique.
• IV. Réplication chimique
• Plusieurs enzymes sont impliquées :
• ADN polymérase I, II, III : catalysent l’addition de
désoxyribonucléotides à l’extrémité d’une chaine d’ADN, elles ont aussi
une activité exonucléasique. La III est la plus active.
• ADN ligase : unit les extrémités de deux chaines d’ADN en catalysant la
synthèse d’un pont phosphodiester entre un 3’OH et 5’P. Elle répare les
coupures d’ADN et circularise l’ADN bactérien.
• Hélicase: Elle ouvre les chaines d’ADN avant la réplication.
• Gyrase ou Topoisomérase II : La Gyrase fait une coupure au niveau de
l’un des brins, ce qui induit la déspiralisation de l’ADN superenroulée en
molécule circulaire enroulée.
V. Mécanisme de réplication• La réplication est bidirectionnelle et semi-conservative: Chaque chaine
parentale reste associée à la nouvelle chaine pour qui elle sert de matrice. • La réplication débute en un point spécifique (le point origine ou point
d’initiation). • Au niveau de la fourche de réplication, l’un des deux brins est synthétisé
dans le sens de déplacement (3’OH libre), catalysé par la DNA polymérase III. Il est appelé brin précoce ou avancé.
• L’autre à extrémité 5’ sera synthétisé par fragments d’Okazaki et il est appelé brin tardif. Ces fragments de 1000 à 2000 résidus nécessitent des amorces d’ARN synthétisées par une ARN polymérase DNA dépendante appelée primase. Ensuite ces amorces ARN sont excisées par l’ADN polymérase I (activité exonucléasique) et les délétions sont remplacées par de l’ADN par cette même enzyme. Enfin l’ADN ligase relie les différentes séquences au niveau de leurs extrémités 3’OH et 5’OH libre.
• Durant toutes ces étapes, les matrices d’ADN sont maintenus déroulées et stabilisés par des protéines appelées « DNA bindingproteins ».
Les éléments facultatifs de la bactérie
• 1- Plasmides• 2- Capsule• 3- Flagelles• 4- Pili• 5- Spore
1- Les Plasmides
La cellule bactérienne peut contenir des éléments génétiques extra
chromosomiques, capables d’autoréplication, on les appelle plasmides. Ils
ont été découverts par Lederberg en 1952 chez Shigella dysenteriae.
I. Propriétés
a- Nature : les plasmides sont des molécules d’ADN extra-chromosomiques
doubles brin (bicaténaires), super-enroulés, généralement circulaires mais
parfois linéaires (ex. chez Borrelia sp. et Streptomyces sp.). Ils se répliquent
de manière indépendante du chromosome (ce sont des « réplicons ») et se
transmissent de façon stable à la descendance. Les plasmides peuvent
infecter des bactéries ou être échangés entre elles. Certains plasmides sont
capables de s'intégrer aux chromosomes (épisomes).
• b- Taille : Ils sont de taille variable de 1 à 400 kb (1/1000 à 1/100 de la taille du chromosome bactérien). Ils portent très peu de gènes, moins de 30.
• c- Types : Plusieurs plasmides différents peuvent coexister dans une même cellule.
• d- Nombre: dans une cellule bactérienne on peut trouver : une copie, pour les grands plasmides, de 10 à 20 copies pour les petits plasmides, ou des centaines pour des plasmides artificiels (construits par la génie génétique à des fins de clonage de gènes).
• e- Rôle: Ils codent pour une information génétique non-indispensable.
• II. Les différents types de plasmides• 1. le plasmide cryptique (un plasmide qui ne contient que son
information pour se répliquer et qui ne donne aucune propriété à la cellule bactérienne).
• 2. Facteur F ou facteur sexuel : confère à la bactérie hôte le caractère "mâle" (F +) et l’aptitude à synthétiser des pili sexuels. Il peut être libre dans le cytoplasme où intégré au chromosome bactérien.
• 3. Plasmides de Résistance: confèrent aux bactéries, la résistance à des antibiotiques ou des métaux. Ils sont à l’origine de la majorité des phénomènes de résistance bactérienne observés.
• 4. Plasmides de Virulence: portent des gènes qui codent pour la synthèse de toxines, des substances toxiques donnent à la bactérie un pouvoir pathogène.
• 5. Plasmides de bactériocines: ces plasmides confèrent à la bactérie hôte la capacité de tuer une autre bactérie par l’excrétion d’une substance appelée bactériocine.
• Plasmides métabolique: donnent des propriétés métaboliques à la bactérie.
• III. La Réplication des plasmides Le plasmide peut se répliquer selon deux modèles :
1- La réplication de type Thêta θ:• Se déroule à partir d’une origine de réplication.
• Chez la plupart des bactéries, la réplication est initiée au niveau d’une origine unique.
• La région où les brins parentaux se séparent et les nouveaux brins sont en train d’être synthétisés est appelée fourche de réplication.
• La réplication peut se développer dans une seule direction et dite unidirectionnelle (déplacement d’une seule fourche de réplication),
• ou dans deux directions opposées par rapport à l’origine et dite bidirectionnelle ( déplacement de deux fourches dans des directions opposées).
2-Réplication en cercle
roulant:
• Débute par un clivage
d’une liaison sucre-
phosphate d’un brin.
• Ce brin va se dérouler
autour de l’autre brin
dans le sens 5’P et la
bactérie va synthétiser un
brin complémentaire
simultanément aux deux
brins parents.
• IV. Transfert des plasmides• Les plasmides sont transférables d’une bactérie à une autre par le phénomène de
conjugaison mais également par transduction.
• 1. Transfert par transduction• Ce phénomène s’effectue grâce à l’intervention d’un bactériophage qui
transportera un fragment d’ADN plasmidique de la bactérie donatrice à la bactérie réceptrice.
• 2. Transfert par conjugaisonCe type de transfert nécessite la présence de gènes plasmidiques permettant le transfert et codant pour les pili sexuels.
La conjugaison
La conjugaison se fait en 4 étapes :
1. Reconnaissance entre donneur
(F+) et accepteur (F-) grâce à la
synthèse du pili (tube creux) ;
2. Transfert d'un des deux brins du
plasmide ;
3. Synthèse du brin
complémentaire chez
l'accepteur ;
4. Recirculisation du plasmide chez
l'accepteur ;
2- Les Pili
• I. Définition de pili : • Appendices filiformes différents des flagelles a été révélé
par le microscope électronique. Ils sont fréquents chez les bacilles à Gram négatif, rares chez les formes à Gram positif. A ce jour on distingue 4 types de Pili (I, II III et IV).
• Est plus juste de nommer les types I, III, IV des fimbriae et le type II un Pili sexuel.
• es fimbriae : • mot latin, signifie « filament ». C’est un appendice court
(de l’ordre de 1μm), creux, rigide, composé de protéines disposées en hélice. Il est largement retrouvé en grand nombre autour du corps bactérien (1000) chez les Gram négatives et exceptionnellement chez les Gram positives.
II. Fonction de pili (fimbriae): • 1. Les fimbriae de type I, III, • jouent un rôle dans l’adhésion des bactéries aux différents supports
vivant ou non. Ils favorisent la formation de biofilm. • Un biofilm est une communauté multicellulaire plus ou moins complexe,
souvent symbiotique, de Micro-organismes(bactéries, champignons, algues ou protozoaires), adhérant entre eux et à une surface, et marquée par la sécrétion d'une matrice adhésive et protectrice. Il se forme généralement dans l'eau ou en milieu aqueux.
• 2. Les fimbriae de type IV, • retrouvés par exemple chez Pseudomonas aeruginosa, en plus de
l’attachement, ils sont impliqués dans un autre mode de mobilité. On les retrouve au niveau des pôles des cellules bactériennes.
• Les fimbriae IV se contractent et se rétractent comme un ressort, pour permettre la mobilité de la bactérie.
• 3. Le pili sexuel ou de type II: • Pili en latin signifie cheveu. Ils sont plus longs et plus épais que les
fimbriae (10 μm, 9 nm respectivement) et moins nombreux (1 à 4 par cellule).
• Le gène pili est porté par un plasmide conjugatif.• Il a un rôle dans la conjugaison bactérienne (un des 3 modes de
transfert de matériel génétique d’une bactérie à une autre).• Entraîner la création d’un pont cytoplasmique entre les 2 bactéries,
permettant ainsi le passage d’une molécule de plasmide.
3- La capsule
• I. Morphologie de capsule : • Certaines bactéries possèdent des structures entourant la paroi. On
distingue en réalité 3 types de couches selon les bactéries: la capsule, les couches mucoïdes et la couche S
• 1. La capsule: une couche gélatino-muqueuse, bien définie, entourant un ou plusieurs corps bactériens (ex : Pneumocoques(Streptococcus pneumoniae) encapsulés en diplocoques ; Klebsiellepneumoniae encapsulée seule).
• Elle est bien organisée, bien définie et elle est difficilement détachable de la bactérie.
• 2. La couche mucoïde, retrouvée chez les bactéries aquatiques est moins bien organisée, diffuse, elle est facilement détachable de la bactérie.
• 3. La couche S, plus rigide, très structurée. C’est une couche de surface mise en évidence que par microscopie électronique. Elle est constituée de sous unités protéiques organisées.
• II. Mise en évidence de la capsule • 1.Etat frais à l’encre de chine : les bactéries
apparaissent sur fond sombre avec un halo clair autour du corps bactérien qui correspond à la capsule.
• 2. Microscopie électronique • Techniques immunochimiques : des Anticorps anti-capsulaires fluorescents se
fixent sur les Ag capsulaires.
• Le complexe Ag-Ac précipite et augmente l’épaisseur de la capsule qui
devient visible au microscope. Cette réaction est appelée : Réaction de
gonflement de la capsule de NEUFELD.
• III. Composition chimique de capsule : • La capsule et les couches mucoïdes peuvent être regroupées sous le terme
de glycocalyx. Le glycocalyx est un réseau de polysaccharides.
• La couche mucoïde est fréquente chez les bactéries aquatiques et particulièrement importante chez les bactéries du genre Zooglea qui produisent des masses gluantes.Certains polyosides produits par des bactéries ont un intérêt industriel et sont produits comme gélifiant notamment en industries alimentaires : Leuconostoc mesenteroides produit des dextrans, Xanthomonas des xanthanes.
• La couche S: Beaucoup de bactéries à G+ et à G- ont à leur surface une couche régulièrement structurée appelée couche S. fréquentes aussi chez les archées, et qui est ressemble à un pavement régulier et est composée de protéines et glycoprotéines.
• Elle protègerait la cellule contre les fluctuations ioniques , les variations de pH, Le stress osmotique, les enzymes …….
• IV. Fonctions de la capsule :• Les bactéries peuvent vivre sans la capsule, mais cette dernière lui
confère des avantages grâce à ses rôles : • 1. protection : contre les Ultraviolets, la dessiccation, les agents
physiques et chimiques. • 2. Virulence (la pathogénicité) : Elle s’oppose à la
phagocytose en diminuant l’adhésion de bactéries aux macrophages. Elle exerce un chimiotactisme négatif sur les leucocytes.
• 3. Antigénique : les Ag capsulaires sont responsable de la spécificité sérologique (Ag K). A partir de cette propriété, une classification peut être établie (ex : 70 types sérologiques différents chez Streptococcuspneumoniae).
• La Couche S : Elle est impliquée dans l’adhésion, dans la résistance aux protéases des macrophages et dans la protection vis à vis des bactériophages.
• La couche S sert de filtre excluant aussi bien l’entrée que la sortie des molécules trop grosses.
4- Les flagelles
• I. Définition : • La plupart des bactéries mobiles se déplacent en utilisant des flagelles (s.,
Flagellum), • Sont des appendices locomoteurs filiformes s'étendant vers l'extérieur à
partir de la membrane plasmique et de la paroi cellulaire. • Ce sont des structures minces et rigides, d'environ 20 nm de diamètre et
atteignant 15 ou 20 µm de long. • 1 à 30 flagelles par bactérie, à localisation polaire ou péritriche. • Ils sont fixés à la bactérie par insertion dans la membrane cytoplasmique.
• II. Mise en évidence : • Indirecte : à l’état frais (bactéries en mouvement) ou en milieu semi-gélosé. • Directe : A- en microscopie optique après avoir épaissi les flagelles par des colorations
spéciales (Rhodes, Leifson : fuchsine basique) ; B- en microscopie électronique: c’est la meilleure méthode d’étude qui, seule,
permet de détailler leur forme, leur mode d’insertion et leurs dimensions.
• III. Modèles de distribution des flagelles:• 1. Dans le système polaire : le ou les cils sont insérés à une ou aux deux
extrémités de la cellule. Donc la cellule est : • * Monotriche si l’on ne rencontre qu’un seul flagelle à l’une de ses extrémités • * Amphitriche lorsqu’un flagelle émerge à chacun des pôles • * Lophotriche lorsqu’une touffe de cils apparaît à l’une ou aux deux extrémités • 2. Dans le système péritriche :la bactérie porte de très nombreux cils insérés sur
tout le pourtour de la cellule. L’intérêt de ces notions est évident en taxonomie.
• IV. Architecture moléculaire :• Le flagelle bactérien est constitué de 3 parties :
1- Le filament hélicoïdal ; C’est un cylindre creux constitué d’une
seule protéine multimérique : la flagelline.
2- Le crochet ; Il lie le filament au corpuscule basal. Il a la même
composition que le filament, mais sa flagelline ne possède pas le
même pas d’hélice, ce qui permet la formation d’un coude.
• Le crochet est plus court que le filament, mais plus large.
• Très flexible, il permet d’induire le mouvement de la bactérie.
• La liaison du crochet au filament est assurée par des protéines
HAP (« Hook Associated Proteins »).
•20 à 30 gènes sont impliqués dans la synthèse des flagelles. La synthèse du flagelle se fait par un assemblage séquentiel des différents composants : disques, du corps basal, puis du crochet et enfin du filament. •Ils ont une force « proton motrice » qui est responsable de la rotation (mécanisme pas totalement élucidé). C'est-à-dire qu’un gradient de protons se dispersant au travers des 2 anneaux fournit l’énergie nécessaire à la rotation. •L’ATP ne semble pas être impliquée dans la rotation du flagelle.
3- Le corpuscule basal : Enfoui dans la cellule, il insère le flagelle dans le corps cellulaire. Son architecture, assez complexe, peut être simplifiée en 3 parties : 1- Une partie mobile : le rotor. 2- Une partie fixe : le stator. 3- Un inverseur qui déclenche le mouvement soit dans le sens des aiguilles d’une montre soit dans le sens inverse.
• V. Fonction de flagelle : • 1- La locomotion ou la mobilité
Les flagelles fonctionnent comme les hélices de bateaux. En générale dans 2 sens:
• a. Dans le sens inverse des aiguilles d’une montre (Counterclockwise(CCW), la bactérie avance en tournant légèrement sur elle-même.
• b. Dans le sens des aiguilles d’une montre (Clockwise (CW), la bactérie culbute et change alors de direction pour repartir en avant avec les flagelles tournant CCW. culbute تشقلب.
• c. Autres mouvements• Certaines bactéries, comme les spirochètes par exemple, se déplacent par
des mouvements de flexion et de rotation produits par un filament axial particulier.
• D’autres bactéries se déplacent par mobilité par glissement. Ainsi, les bactéries glissent sur une surface solide, et ce, sans qu’aucune structure visible de mobilité n’ait été identifiée.
• 2- Rôle antigénique : • Les antigènes flagellaires (Ag H) déterminent différents sérotypes
(exemple : sérotypage des Salmonella). La spécificité antigénique repose sur le nombre et la séquence des acides aminés de la flagelline.
• 3- Fixation des bactériophages • Les flagelles sont le lieu de fixation de certains bactériophages.
• 4- Le chimiotactisme• Certaines substances attirent les bactéries mobiles, d’autres les
repoussent.• Des concentrations faibles de substances attractives ou répulsives sont
détectées par des chimiorécepteurs protéiques situés dans l’espace périplasmique ou dans la membrane plasmique.
• Selon la composition du milieu de culture, on distingue 2 types de trajectoires :
Dans un environnement constant, les bactéries se déplacent de façon aléatoire. les courses sont courtes, les culbutes sont fréquentes, et il ne se dégage pas une direction privilégiée.
Si les conditions s’améliorent, Les courses sont plus longues, les culbutes moins fréquentes et la cellule privilégiera cette direction. En fonction d’un gradient de substances attractives ou répulsives.
5- Les spores
• I. Définition• Ce sont des structures de résistance formées par certaines bactéries
lorsque les conditions deviennent défavorables (carence en éléments nutritifs …).
• Trois genres bactériens sont caractérisés par des endospores : Bacillus, Clostridium et Sporosarcina. Ce sont toutes des bactéries Gram (+).
• II. Mise en évidence 1. Les spores sont visibles à la coloration de Gram où elles apparaissent
comme des espaces vides à l’intérieur des bactéries : seul le contour de la spore apparaît coloré.
2. A l’état frais, elles apparaissent comme de petites masses réfringentes au sein de la bactérie, ou libres dans le milieu.
3. Il existe des colorations spéciales basées sur le caractère acido-alcoolo-résistant des spores. Exemple : coloration au vert de malachite = coloration de Benito-Trujillo. Après une contre coloration par la fushine, les spores apparaissent verte dans la bactérie rose.
• III. Morphologie et structure • Les spores sont de petites unités ovales ou sphériques.
• Elles peuvent déformer ou non le corps bactérien. Leur position dans la
cellule est variable : centrale, terminale, subterminale.
• La spore possède une paroi et une membrane plasmique identiques à
celle de la cellule végétative.
• L’enveloppe la plus externe est mince, appelée exosporium. Sous
l’exosporium on trouve le manteau ou la tunique, composée de
plusieurs feuillets protéiques.
• Le cortex est localisé juste sous la tunique.
• Enfin le protoplaste(cytoplasme) ou coeur de la spore, contient les
ribosomes, le nucleoïde et des enzymes inactives.
a) Spore centrale non déformante b) Spore subterminale non
déformante c) Spore terminale non déformante d) Spore terminale déformante
• II. Composition chimique • 1-L’exoporium ex. de Bacillus anthracis est composée de protéines,
d’osamines et de polysaccharides neutres. Elle contient une multitude
d’enzymes nécessaires à la germination et/ou à l’interaction avec les
cellules de l’hôte tels que les macrophages.
• 2-La tunique est de nature protéique et selon l’espèce elle est
constituée de protéines ressemblant à la kératine chez Bacillus cerus ou
au collagène chez Bacillus subtilus. Elle contient également les enzymes
nécessaires à la germination.
• 3-Le cortex est constitué de peptidoglycane différent de celui de la
paroi avec moins de ponts interpeptidiques car 50% de NAM (acide N-
acetyl muramique) sont remplacés par des MAL (résidus lactam-
muramique)
• 4-Le protoplaste• pauvre en eau, contenant des enzymes inertes et du dipicolinate de
Calcium qui stabiliserait l’ADN chromosomique de la spore. • Il contient également d’autres protéines acides qui se fixent en grandes
concentration sur l’ADN pour également le protéger. On trouve également des enzymes de la réparation de l’ADN lors de la germination.
• III. Phénomène de sporulation :• Les conditions défavorables de croissance entraînent la sporulation ou
l’absence de germination de la spore. • La sporulation: représente le passage de la forme végétative de la bactérie à la
forme sporulée. • Elle est provoquée par l’épuisement du milieu en substrat nutritif et elle peut
nécessiter des conditions particulières : • Ex. l’absence d’oxygène pour les Clostridium,
la présence d’oxygène pour Bacillus anthracis.
• IV. Etapes de sporulation:• Le processus de sporulation débute à la fin de la phase exponentielle et se déroule
en 7 étapes:• Stade I: formation du filament axial : la division nucléaire n’étant pas suivie
d’une division cellulaire, les deux génomes fusionnent donnant un filament chromatique axial.
• Stade II : les deux génomes se séparent et en même temps la membrane cytoplasmique s’invagine près d’un pôle de la cellule pour former un septum de sporulation qui partage la cellule en deux parties inégales. Ce septum va envelopper le cytoplasme de la plus petite partie pour former une présporecaractéristique.
• Stade III : Engloutissement de la préspore.
• Stade IV : entre les deux membranes limitant la préspore se forme la paroi sporalepuis apparaît rapidement le cortex.
• Stades V et VI : apparition des tuniques et après maturation.
• Stade VII : la cellule végétative se lyse et libère la spore.
• V. Propriétés de la spore• La spore possède de nouvelles propriétés par rapport à la cellule végétative : 1- Résistance à la dessiccation et au vieillissement :• Ces phénomènes semblent dus à la faible teneur en eau et au métabolisme ralenti :
on parle d’état de dormance.• La spore permet de résister aux manques d’eau et de nutriments. • Expérimentalement on a démontré les propriétés suivantes : 2- La thermo résistance : La spore résiste en général à des températures de 70-80°C
pendant 10 minutes, parfois plus. • Cette propriété est due à la présence de l’acide dipicolinique, la déshydratation de la
spore et aux protéines « SASP » (petites protéines acides et solubles pouvant se fixer à l’ADN.
3- Résistance aux agents physiques et chimiques :La spore résiste aux rayons Ultraviolets, aux rayons gamma (Calcium, et SASP). Aux antiseptiques, désinfectants, antibiotiques (la tunique).
4- Synthèse d’antibiotiques : Certaines bactéries synthétisent des antibiotiques au début de la phase de sporulation. Mais aussi des toxines (entérotoxine de Clostridium perfringens) ou des substances à activité biopesticide(toxines qui tue des insectes).
• VI. Germination de la spore• Afin que la spore germe, elle doit se trouver dans des conditions favorables en eau,
nutriments, pH, force ionique, température convenable, aucun d’agent antimicrobien.
• Dans ces conditions la spore redonne naissance à une cellule végétative. On distingue 3 stades dans le processus de germination :
• 1- L’activation :correspondant à une lésion des enveloppes sporales par des agents
physiques (choc thermique) ou chimiques (acides, lysozyme) ou mécaniques
(abrasion , choc).
• 2- L’initiation : débute en présence de conditions favorables d’hydratation et de
métabolites effecteurs (alanine, magnésium, adénosine) qui pénètrent à travers les
enveloppes endommagées. Des enzymes hydrolytiques dégradent les constituants
de la spore ; il y a libération du dipicholinate de calcium. Le cortex ainsi détruit, la
spore s ‘imbibe d’eau et gonfle.
• 3- L’émergence de la nouvelle cellule végétative,grâce à l’altération des
enveloppes.
