Morpho Et Ultrastruct Des Bacteries

1TSBioT cours microbio - Chapitre 2 : Morphologie et ultra structure des bactriesChapitre 2 : Morphologie et ultrastructure des bactries IMorphologie des bactries I-1- La forme I-2- La taille I-3- Les associations IILes constituants de la cellule bactrienne II-1- Schma gnral simplifi dune bactrie II-2- Elments constants et inconstants de la structure bactrienne IIILes lments constants de la cellule bactrienne III-1- La paroi bactrienne a) Mthodes dtude b) Aspect en microscopie lectronique c) Structure chimique de la paroi d) Les rles de la paroi e) Quelques parois bactriennes particulires III-2- Le cytoplasme III-3- Lappareil nuclaire a) Techniques dtude b) Structure du chromosome bactrien c) Rles du chromosome bactrien III-4- La membrane cytoplasmique a) Techniques dtude b) Structure et composition chimique c) Rles de la membrane cytoplasmique IVLes lments facultatifs de la cellule bactrienne IV-1- La capsule a) Mise en vidence b) Morphologie et structure chimique c) Rles et proprits IV-2- Les flagelles a) Mise en vidence b) Morphologie et mode dinsertion c) Architecture molculaire d) Synthse du flagelle e) Fonctionnement du flagelle f) Rle des flagelles IV-3- Les pili ou fimbriae IV-4- Les plasmides IV-5- Les spores a) Mise en vidence b) Morphologie et structure c) Composition chimique d) Le cycle sporal e) Les tapes de la sporulation f) Proprits de la spore

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1TSBioT cours microbio - Chapitre 2 : Morphologie et ultra structure des bactries Chapitre 2 : Morphologie et ultrastructure des bactriesI-

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Morphologie des bactries (Document 1)

Formes des cellules bactriennes : les bactries sont des organismes unicellulaires de formes varies bactries de forme arrondies ou cocci, isoles, en chanette, en amas (nombre variable de cellules) : Staphylocoques, Streptocoques bactries de forme allonge ou bacilles isols, en chanette ou amas, de longueur et diamtre variables : E.coli, Salmonella, Bacillus etc bactries de forme spirale spirilles, spirochtes comme Treponema un groupe particulier de bactries de forme filamenteuse se rapprochant des moisissures : les Actinomyctes

Taille : les bactries les plus petites ont une taille denviron 0,2 m (Chlamydia) et les plus longues certains Spirochtes peuvent atteindre 250m de long. En moyenne la taille se situe entre 1 et 10 m Associations cellulaires : une espce bactrienne peut apparatre sous forme de cellules isoles spares ou en groupements caractristiques variables selon les espces : association par paires, en amas rguliers, en chanette, par quatre (ttrades) etc Cependant il faut savoir que les groupements ne sont caractristiques quau sortir de lhabitat naturel de la bactrie; exemples : Les Staphylocoques isols dun pus prsentent des groupements caractristiques en grappe de raisin Les Streptocoques isols dun lait forment des chanettes Ensuite lorsque ces bactries sont cultives sur milieux synthtiques les groupements caractristiques sont gnralement perdus. Dans la nature certaines bactries vivent en groupes de cellules peu diffrencies : Cyanobactries qui forment des trichomes Les coques Forme Forme sphrique De 0.5 2 m

Mode de groupement Isols mais le plus souvent Diplocoques en grain de caf Chanette

Schma

Amas rguliers, grappe de raisin ttrades

Exemples Genre Neisseria (N. meningitidis : mningite crbrospinale) Genre Streptococcus (S. pyogenes : lsions cutanes, otites, conjonctivites ; S. pneuminiae : pneumonies, otites, sinusites) Genre Staphylococcus Genre Sarcina (flore intestinale), Genre Deinococcus (non pathogne)

Les bacilles Forme Droits 0 6 m de long 0.5 2 m de large extrmits plates, arrondies ou carres Incurvs Coccobacilles Courts et larges, ressemblant des coques Autres formes : Extrmits renfles Extrmits fuseles Extrmits en forme de crosse

Mode de groupement Isols le plus souvent, en paires (diplobacilles), en chanes

Schma

Palissades ou lettres

Exemples Famille des entrobactries (commensales intestins), Genre Bacillus (sol, eaux, plantes ; pathognes = anthracis (charbon), cereus et subtilis (intox alim)) Genre Vibrio (V. Cholerae : cholra) Genre Acinetobacter (infections nosocomiales), Haemophilus influenza (infections respiratoires, mningite de lenfant, grippe espagnole) Genre Corynebacterium (diphtheriae) Genre Fusobacterium(infections bronchopulmonaires) Genre Bifidobacterium (flore intestinale : probiotique = protge contre bact patho)

Les bactries spirales Forme Distinction sur le nombre et lamplitude des spirales Taille 5 500 m

Mode de groupement Isols

Schma

Exemples Les spirochtes : Treponema pallidum (syphilis)

1TSBioT cours microbio - Chapitre 2 : Morphologie et ultra structure des bactriesAutres formes de bactries Forme Bactries pdoncules Bactries filamenteuses Schma

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Exemples Genre Caulobacter (non patho) Genres Actinomyces (svt associ des inflammations sans tre patho) Genre Streptomyces (tellurique = sol)

II-

Les constituants de la cellule bactrienne

II-1- Schma gnral simplifi dune bactrie Complter le schma gnral dune bactrie (Document 2) en prcisant les lments constants et facultatifs II-2- Elments constants et inconstants de la structure bactrienne Certaines structure sont prsentes chez toutes les bactries, ce sont les lments constants ; dautres sont retrouvs seulement chez certaines bactries : ce sont les lments inconstants ou facultatifs . Construire avec eux et partir du schma prcdent un tableau rcapitulant les lments constants et facultatifs : Elments CONSTANTS + Paroi (Gram : PG ; Gram : mbr ext + PG) Membrane plasmique cytoplasme Priplasme (espace priplasmique) Ribosomes Polysomes Appareil nuclaire : chromosome unique Elments FACULTATIFS Capsule Msosome (rle incertain) Plasmide Vacuole gaz (bactries aquatiques) Inclusions de rserves Pili = fimbriae Flagelles Chromatophore (bactries photosynthtiques) Endospore (bactries sporulant)

Replacer llment de la structure bactrienne qui correspond chaque dfinition inscrite dans le tableau du Document 3. IIIIII-1- La paroi bactrienne a) Mthodes dtude expriences de plasmolyse (cellule plonge dans un milieu hypertonique, la paroi se dcolle ) broyage des bactries et lyse par ultrasons conglation / dconglation On spare ensuite les diffrents constituants par centrifugation, lavages. On passe ensuite ltude en microscopie lectronique ou ltude chimique. b) Aspect en microscopie lectronique On distingue 2 types de parois au microscope lectronique : les Gram (+) et les Gram (-). Voir Document 4. partir des 2 photographies prsentes sur le Document 4, faire un dessin simplifi de la paroi des bactries Gram+ et Gram-. Les lments constants de la cellule bactrienne

Peptidoglycane De 20 80 nm (80 90% de la paroi)

Membrane externe 7 8 nmEspace priplasmique

Peptidoglycane De 2 nm (10 % de la paroi)Espace priplasmique Espace priplasmique

Membrane plasmique 7.5 nm Membrane plasmique 7.5 nm Gram + Gram

1TSBioT cours microbio - Chapitre 2 : Morphologie et ultra structure des bactriesc) Structure chimique de la paroi C1) Principaux constituants chimiques prsents dans la paroi des bactries Gram positif et Gram ngatif : Paroi des bactries Gram (+) Paroi des bactries Gram (-) Osamines : N-actyl glucosamine (NAG) et Acide N-actyl muramique (ANAM) Acides techoiques et lipotechoiques (polymres Pas dacides techoiques ni lipotechoiques de polyribitol phosphate ou polyglycrol phosphate) Acides amins dont 4 majeurs : Ala (D et L) D-Glu, LMmes acides amins Lys, acide diaminopomlique (DAP) (moins de L-Lys et de DAP) Peu de lipides (1 2 %) Lipides en grande quantit (10 20 % dans la membrane externe) Lgender les schmas des parois Gram (+) et (-) sur le Document 5.

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C2) La membrane externe de la paroi des bactries Gram (-) : elle est lie la couche de peptidoglycane par la lipoprotine de Braun. Elle est forme dune bicouche dont seule la partie infrieure est phospholipidique. La partie suprieure est constitue de LPS (lipopolysaccharide). Voir Document 6. Celui-ci comprend : - une partie lipidique (lipide A) qui comporte une activit toxique - lie un polysaccharide central (le core ) - qui porte des chanes de 3 6 sucres tournes vers lextrieur (appeles lantigne O car trs antignique) A cause du pouvoir toxique du lipide A, le LPS est appel une endotoxine . C3) La coloration de Gram : Les diffrences de constitution et de structure chimique des parois Gram (+) et Gram (-) permettent dtablir le principe de la coloration labore par Christian GRAM (1884) : Bactrie Gram positif tapes 1- coloration par le violet de gentiane du cytoplasme des cellules Bactrie Gram ngatif

2- fixation du violet par le lugol (ractif iodo-iodur) = formation de complexes violet-lugol

3- Dcoloration par lalcool (solubilise les lipides de la mbr ext des gram(-) et dcolore le cpxe violet-lugol ; pas deffet sur les gram(+) car ne pntre pas dans leur cytoplasme) 4- Coloration par la fuschine (ou safranine) qui recolore le cytoplasme des gram(-) en rose

C4) Le peptidoglycane : On retrouve un compos commun dans les parois des bactries Gram (+) et (-) : le peptidoglycane = murine = mucopeptide. Il est compos de motifs glucidiques et peptidiques. A partir des renseignements fournis par les Documents 6 et 7, faire un schma simplifi du peptidoglycane en utilisant les reprsentations suivantes :

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5

2

3

4 5

1: ANAM

2: NAG

3: liaison glucosidique

1-4

4: ttrapeptide

5: pont interpeptidique o o o o Commencer par reprsenter un enchanement de ANAM et NAG lis par liaison 1-4 Ajouter les ttrapeptides sur les ANAM Reprsenter une autre chane identique proximit tablir les liaisons entre les chanes grce aux ponts interpeptidiques correctement positionns.

C5) Lespace priplasmique : il contient des enzymes qui participent la nutrition (hydrolases) et des protines qui sont impliques dans le transport de molcules lintrieur de la cellule. Les Gram (+) excrtent plutt les enzymes hors de la cellule. Ce sont alors des exoenzymes .

g)

Les rles de la paroi

Afin dtudier les rles de la paroi, on utilise un enzyme lytique, le lysozyme. Le lysozyme clive les liaisons 1-4 glycosidiques entre le NAG et le ANAM. Il en rsulte une destruction totale du peptidoglycane chez les bactries Gram(+), et une fragmentation de celui-ci chez les Gram(-) car le peptidoglycane est moins accessible cause de la membrane externe. Exprience : 1On place une souche de Bacillus subtilis (bacille Gram+) en milieu hypotonique : la bactrie se comporte normalement. Si on ajoute du lysozyme cette suspension, les bactries gonflent et clatent. On fait la mme exprience en milieu isotonique, les bactries nclatent pas en prsence de lysozyme, mais elles prennent une forme sphrique appelle : PROTOPLASTE. Les protoplastes ne possdent plus les proprits antigniques de la bactrie, ne se divisent plus, ne fixent plus les bactriophages et sont incapables de mobilit. On fait la mme exprience avec Escherichia coli (bacille Gram-) : en milieu isotonique + lysozyme, les bactries prennent une forme sphrique appele : SPHEROPLASTE. Les sphroplastes conservent toutes les proprits initiales de la bactrie.

2-

3-

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Voir Document 8 Rle 1 de la paroi : assurer le maintien de la forme de la bactrie Rle 2 de la paroi : assurer une protection contre la pression osmotique intracellulaire (car forte concentration en mtabolites lintrieur de la cellule >> leau rentre)

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Un protoplaste ne possde plus les proprits antigniques de la bactrie dorigine. En effet, on trouve comme antignes paritaux (= de la paroi) : chez les Gram(+) : peptidoglycane + acides techoiques et lipotechoiques + polyoside C chez les streptocoques (voir TP sur le srogroupage des streptocoques) chez les Gram(-) : les antignes O du LPS (voir Document 6) (voir TP sur le srotypage des salmonelles)

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Rle 3 de la paroi : proprits antigniques Ltude des protoplastes met galement en vidence dautres rles : Rle 4 de la paroi : permettre la fixation des bactriophages. Ils reconnaissent des rcepteurs localiss sur le peptidoglycane des Gram(+) ou la membrane externe des Gram(-). Cette proprit est utilise pour lidentification de certaines bactries : cest la lysotypie. Rle 5 de la paroi: participer la mobilit. En effet, les flagelles sont implants dans la membrane cytoplasmique mais ne peuvent pas fonctionner en absence de peptidoglycane (do immobilit des protoplastes) Rle 6 de la paroi : toxicit. Chez les Gram(-), le LPS est une endotoxine (effet toxique port par le lipide A) qui peut donner fivres et lsions. Rle 7 de la paroi : permabilit. La paroi laisse passer de petites molcules comme leau, les sels minraux ou des mtabolites simples. Par contre elle est plus ou moins permable certains solvants (exemple lalcool. cf coloration de Gram) e) Quelques parois bactriennes particulires Certains groupes bactriens possdent des parois trs diffrentes de celles des Gram (+) et (-). Cest le cas notamment des Archeobactries et des Mycobactries. Chez LES ARCHAEBACTERIES, la paroi a une structure et une composition trs diffrentes des Eubactries. Mais elles peuvent tre colores par la mthode de Gram et apparaissent soit Gram+, soit Gram- en fonction de la structure de leur paroi : Les Gram + ont une paroi avec une couche paisse et homogne de peptidoglycane mais diffrent de celui des Eubactries, on parle de pseudomurine. Les Gram- nont pas de mb externe ni de peptidoglycane, mais elles possdent une couche superficielle de sousunits protiques ou lipoprotiques. Chez les Gram +, la pseudomurine contient seulement des AA L dans les ponts, de lacide Nactylalosaminuronique et pas de nam et des liaisons osidiques 1-3 la place de 1-4. Les mycobactries sont des bacilles lgrement incurvs, se multipliant trs lentement. Leur paroi est trs riche en lipides et contient des cires : acides gras en C60 (acides mycoliques), qui empchent de prendre la coloration de Gram. Ces bactries sont dites : BAAR : bacilles acido-alcoolo-rsistants. On les appelle aussi bactries sans paroi . Ex : Mycobacterium bovis, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium leprea

Voir Document 9 III-2- Le cytoplasme Dlimit par la membrane cytoplasmique. Sorte de gel contenant de leau et : Des ribosomes: interviennent dans la synthse des protines. Sont associs en chapelets sur lARNm sous forme de polysomes. Sont composs de 2 sous-units de taille diffrente (diamtre de 10 30 nm ; constante de sdimentation de 70S). Sont composs de protines et dARNr (particules ribo-nucliques). On peut les colorer par du bleu de mthylne. Des substances de rserve = inclusions cytoplasmiques : en gnral, chaque groupe de bactries synthtise une seule catgorie de substances de rserve qui forment des agrgats, parfois de grande taille. Cela peut tre des glucides (amidon et surtout glycogne), des lipides (poly-hydroxy-butyrate) et parfois des minraux (fer, soufre). rserves polysaccharidiques : amidon ou glycogne qui se forment en rponse un excs de source de C alors que la source dazote ou de S ou de P est limitante. Inclusions trouves notamment chez les bactries des genres Bacillus, Micrococcus, Neisseria..

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granules de PHB ( = poly-bta-hydroxybutyrate ) rservoirs de C et d nergie qui saccumulent quand les lments nutritifs autres que la source de C deviennent limitants. Elles sont trouves notamment chez les Vibrio et les Pseudomonas. Granules de polyphosphates inorganiques ou volutine chez la plupart des bactries ; ce sont des rserves de phosphate. Des lipides et des esters dacides gras longues chanes sont stocks dans des vacuoles chez les Mycobactries notamment.

Des organites spcialiss : diffrents de ceux trouvs dans les cellules eucaryotes. On trouve des chromatophores (organites spcialiss dans la photosynthse), des vacuoles gaz (permettant aux bactries aquatiques de flotter la surface de leau). Des pigments : (= molcules colores). On trouve des bactriochlorophylles (couleur verte) ou des carotnodes (couleur jaune de lespce Staphylococcus aureus).

Le pH du cytoplasme se situe autour de 7 7.2. III-3- Lappareil nuclaire a) Techniques dtude Elles ncessitent de distinguer lADN des ARN, trs nombreux dans le cytoplasme, qui masquent le chromosome bactrien. Coloration de FEULGEN : traitement lacide chlorhydrique (HCl) dilu qui libre le dsoxyribose et ses fonctions aldhyde. En prsence de ractif de Schiff (colorant basique), les rsidus aldhydiques se colorent en rouge fonc. Technique de BOIVIN : destruction de lARN par une ribonuclase, puis coloration classique de lADN par un colorant basique (ractif de Schiff, bleu de mthylne) Autoradiographie : on fait incorporer aux bactries de la thymidine tritie (base T spcifique de lADN) pendant leur croissance. La radioactivit rsultante impressionne un film photographique.

b) Structure du chromosome bactrien Le chromosome bactrien est une unique molcule dADN circulaire ferme et trs longue ( environ 1000 fois plus longue que la bactrie : 1360 m chez E.coli ) libre et pelotonne dans le cytoplasme. Labsence de membrane nuclaire conduit parler dappareil nuclaire ou de nucloide plutt que de noyau. Cet ADN est associ des protines notamment des topoisomrases qui interviennent dans le repliement de la molcule dADN, par contre on ne trouve pas dhistones comme chez les eucaryotes. Une bactrie peut renfermer plus dune copie de son chromosome , ceci dpend notamment des conditions de croissance ; les cellules en croissance rapide ont plus dune copie car la rplication de lADN se met en route avant que la division cellulaire ne samorce et la sparation effective des deux cellules filles peut intervenir avec retard sur la rplication.

Voir Document 10 c) Rles du chromosome bactrien Il est le support des caractres hrditaires, de linformation gntique. Il va se rpliquer lidentique pour que une cellule fille hrite du mme potentiel gntique que la cellule mre (voir cours de BIOCHIMIE sur la REPLICATION)

III-4- La membrane cytoplasmique a) Techniques dtude Expriences de plasmolyse en milieu hypertonique. Microscopie lectronique b) Structure et composition chimique Elle possde le mme type de structure que celle dune cellule eucaryote (bicouche phospholipidique) mais avec beaucoup moins de glucides et jamais de strols (sauf les mycoplasmes).

1TSBioT cours microbio - Chapitre 2 : Morphologie et ultra structure des bactriesElle est compose de 60 70 % de protines et 30 40 % de lipides. Voir Document 10 c) Rles de la membrane cytoplasmique C1) Rle de barrire semi-permable (ou semi slective): elle permet le passage de molcules lipophiles et empche le passage des molcules hydrophiles. On distingue 2 grands types de transport :

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Le transport passif : il se fait dans le sens du gradient de concentration et ne ncessite pas dnergie. Le transport actif : il se fait en sens inverse du gradient de concentration des molcules, ce qui ncessite lutilisation dnergie (gnralement fournie sous forme dATP)

Voir Document 10 bis C2) Site de fixation des flagelles (voir les flagelles plus loin) C3) Possde des protines membranaires ayant pour rles : Enzymes responsables de la biosynthse et de lexcrtion dans lespace priplasmique de molcules ncessaires la synthse de la paroi Enzymes de la chane respiratoire permettant la synthse dATP Transporteurs de diverses molcules (ions, sucres, ) dans les 2 sens.

Pour plus de dtails sur les mcanismes de transport au travers de la membrane plasmique se reporter aux livres suivants : Physiologie de la cellule bactrienne de Neidhart et Bactries et environnement de Pelmont De plus la membrane joue un rle important dans la dtection de composs prsents dans le milieu environnant grce la prsence de protines transmembranaires du chimiotactisme. Ceci permet aux bactries dotes de flagelles de nager vers les endroits qui leur sont les plus favorables, les plus riches en nutriments par exemple et de sloigner des endroits dfavorables comme ceux qui contiennent des substances toxiques. Ces protines interviennent dans le sens de rotation des flagelles. IV- Les lments facultatifs de la cellule bactrienne IV-1- La capsule Pour quelle existe il faut que : - la bactrie possde les gnes codant pour sa fabrication - que la bactrie ait sa disposition dans le milieu de culture les lments ncessaires sa fabrication (principalement des glucides. a) Mise en vidence Etat frais lencre de chine : les bactries apparaissent sur fond sombre avec un halo clair autour du corps bactrien qui correspond la capsule.

Voir Document 11 Microscopie lectronique Techniques immunochimiques : des Ac anti-capsulaires se fixent sur les Ag capsulaires. Le complexe Ag-Ac prcipite et augmente lpaisseur de la capsule qui devient visible au microscope. Cette raction est appele : Raction de gonflement de la capsule de NEUFELD.

b) Morphologie et structure chimique De nombreuses bactries sont capables de synthtiser des polyosides de surface . Parmi ces polyosides de surface, on distingue de faon quelque peu arbitraire, la capsule et les couches muqueuses ou slime. soit une couche glatino-muqueuse, bien dfinie, entourant un ou plusieurs corps bactriens (ex : Pneumocoques (Streptococcus pneumoniae) encapsuls en diplocoques ; Klebsielle pneumoniae encapsule seule) soit une couche diffuse et visqueuse

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Sur milieu solide, les colonies donnent un aspect caractristique : type M (exemple : Klebsiella pneumoniae) La capsule est en gnral de nature polysaccharidique, et quelquefois polypeptidique (Bacillus anthracis ou megatherium). Couche muqueuse ou slime : couche diffuse, facilement sparable du corps bactrien. La production de slime est frquente chez les bactries aquatiques et particulirement importante chez les bactries du genre Zooglea qui produisent des masses gluantes. Certains polyosides produits par des bactries ont un intrt industriel et sont produits comme glifiant notamment en industries alimentaires : Leuconostoc mesenteroides produit des dextrans, Xanthomonas des xanthanes Couche S : couche de surface cristalline de dcouverte relativement rcente car elle ne peut tre mise en vidence que par microscopie lectronique. Elle est constitue de sous units protiques organises de faon cristalline selon un systme gomtrique carr, hexagonal ou oblique (ressemble la cotte de maille des armures) . Elle a t trouve chez des Archeobactries ( Methanococcus par ex) et chez des Bactria ( Chlamydia, Treponema, Helicobacter, Bacillus Clostridium ). La couche S joue un rle en tant que squelette mais elle pourrait aussi tre implique dans ladhsion, dans la rsistance aux protases des macrophages et dans la protection vis vis des bactriophages.

c) Rles et proprits La capsule na pas un rle vital pour la bactrie (sans elle, elle peut vivre et se multiplier), mais elle peut tre utile la bactrie grce ses rles : De protection : contre les UV, la dessiccation, les agents physiques et chimiques Dans le pouvoir pathogne :

Elle soppose la phagocytose en diminuant ladhsion de bactries aux macrophages Elle exerce un chimiotactisme ngatif sur les leucocytes Elle empche la pntration des antibiotiques Ainsi pour certains germes (ex : pneumocoques), une perte de la capsule correspond une perte de la virulence. Antignique : les Ag capsulaires sont responsable de la spcificit srologique (Ag K). A partir de cette proprit, une classification peut tre tablie (ex : 70 types srologiques diffrents chez Streptococcus pneumoniae).

IV-2- Les flagelles Ce sont des organes locomoteurs spcialiss. Ils sont trs rares chez les coques. a) Mise en vidence Indirecte : tat frais (bactries en mouvement) ou en milieu semi-glos (MM) Directe : en microscopie optique aprs avoir paissi les flagelles par des colorations spciales (Rhodes, Leifson : fuschine basique) ; ou en microscopie lectronique.

Voir Document 11 b) Morphologie et mode dinsertion Ils mesurent en moyenne 16 20 m (beaucoup plus que la bactrie) et sont trs fins (300 dpaisseur). Il existe diffrents modes dinsertion des flagelles, selon le nombre et la position de ceux-ci :


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Insertions

polaires

Insertion

pritriche

Ils sont fixs la bactrie par insertion dans la membrane cytoplasmique. Ils sont mobiles par rotation, comme une hlice, grce un mcanisme similaire un rotor fonctionnant grce lnergie fournie par un gradient de protons. Le mcanisme de rotation seffectue grce un complexe situ dans la paroi. c) Architecture molculaire Le flagelle bactrien est constitu de 3 parties : - le filament hlicodal - le crochet - le corpuscule basal c1) Le filament Cest un cylindre creux constitu dune seule protine multimrique : la flagelline (PM : 30.000 60.000 g/mol). La flagelline, protine fibreuse, se positionne en hlice rigide qui tourne la manire de lhlice dun bateau. c2) Le crochet Il lie le filament au corpuscule basal. Il a la mme composition que le filament, mais cet endroit, la flagelline ne possde pas le mme pas dhlice, ce qui permet la formation dun coude. Le crochet est plus court que le filament, mais plus large. Trs flexible, il permet dinduire le mouvement de la bactrie. La jonction crochet-filament est assure par des protines associes au crochet = protines HAP (Hook Associated Proteins). c3) Le corpuscule basal Enfoui dans la cellule, il insre le flagelle dans le corps cellulaire. Son architecture, assez complexe, peut tre simplifi en 3 parties : - une partie mobile = le rotor - une partie fixe = le stator - un inverseur qui dclenche le mouvement soit dans le sens des aiguilles dune montre (CW) soit dans le sens inverse (CCW) Sa composition est diffrente chez les bactries Gram (+) et Gram (-). Voir Document 12 d) Synthse du flagelle 20 30 gnes sont impliqus dans la synthse des flagelles.

1TSBioT cours microbio - Chapitre 2 : Morphologie et ultra structure des bactriesLa synthse du flagelle se fait par un assemblage squentiel des diffrents composants : disques, du corps basal, puis du crochet et enfin du filament. Voir Document 12

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e) Fonctionnement du flagelle Cest une force proton motrice qui est responsable de la rotation (mcanisme pas totalement lucid). C'est--dire quun gradient de protons se dispersant au travers des 2 anneaux fournit lnergie ncessaire la rotation. LATP ne semble pas tre impliqu dans la rotation du flagelle. Selon le sens de rotation du flagelle, la bactrie ne se comporte pas de la mme manire :

1

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1 : Dans le sens inverse des aiguilles dune montre (CCW), la bactrie avance en tournant lgrement sur elle-mme 2 : Dans le sens des aiguilles dune montre (CW), la bactrie culbute et change alors de direction pour repartir en avant avec les flagelles tournant CCW. Remarque : pour les ciliatures pritriches : 1 : tous les flagelles sont regroups larrire du corps bactrien (comme les tentacules dun poulpe) 2 : les flagelles se dispersent autour du corps bactrien et la bactrie culbute.

f) Rles des flagelles f1) La locomotion Mises en vidence sur des milieux semi-gloss (diffusion dans la glose) ou sur milieu solide (envahissement de la surface de la bote. Ex : Proteus). f2) Rle antignique Les antignes flagellaires (Ag H) dterminent diffrents srotypes (exemple : srotypage des Salmonella. Voir TP). En prsence de lanticorps correspondant leur Ag H, les bactries agglutinent et les bactries simmobilisent. La spcificit antignique repose sur le nombre et la squence des acides amins de la flagelline.

f3) Fixation des bactriophages Les flagelles sont le lieu de fixation de certains bactriophages. f4) Le chimiotactisme Certaines substances attirent les bactries mobiles, dautres les repoussent.

1TSBioT cours microbio - Chapitre 2 : Morphologie et ultra structure des bactriesSelon la composition du milieu de culture, on distingue 2 types de trajectoires :

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Les mouvements se font au hasard, les courses sont courtes, les culbutes sont frquentes, et il ne se dgage pas une direction privilgie.Voir Document 13

Les courses sont plus longues, les culbutes moins frquentes, et une direction privilgie apparat en fonction dun gradient de substances attractives ou rpulsives.

Le milieu de culture est donc neutre.IV-3- Les pili ou fimbriae (Fimbriae = filament ou fibre en latin ; pili = cheveu ou structure chevelue en latin) Ce sont des structures filiformes, diffrentes des flagelles, qui sont quasi systmatiques chez les Gram (-) et rares chez les Gram (+). Ils sont de nature protique. On distingue 2 sortes de pili : Les pili communs ou de type I : ils sont nombreux autour de la bactrie, courts (de lordre de 1m) et rigides (on les appelle galement des cils). Ils sont impliqus dans les proprits dadhsion des bactries aux tissus. Ils constituent donc un facteur de virulence pour les bactries pathognes. Les pili sexuels ou de type II : ils sont plus longs (10 m environ) et se terminent par un renflement. Leur nombre varie entre 1 et 4. Ils ont un rle dans la conjugaison bactrienne (un des 3 modes de transfert de matriel gntique dune bactrie une autre).

Les pili de la bactrie donatrice vont permettre de reconnatre une bactrie rceptrice (de lamarrer) et entraner la cration dun pont cytoplasmique entre les 2 bactries, permettant ainsi le passage dune molcule dADN. Voir document 14 (pili communs)

IV-4- Les plasmides Ce sont des molcules dADN bicatnaire, extra-chromosomiques, plus petites que le chromosome bactrien (environ 1.000 3.000 pb soit 1/100 du chromosome), capables dautorplication. Certains plasmides peuvent sintgrer au chromosome bactrien : on les appelle des pisomes. Les plasmides apportent du matriel gntique supplmentaire la bactrie, qui code pour des caractres additionnels, mais non indispensables au mtabolisme normal de la cellule bactrienne. Non indispensables la survie de lespce, ces plasmides confrent aux bactries qui les hbergent des avantages slectifs importants : ils portent des gnes codant des rsistances aux antibiotiques, des mtaux lourds, des gnes codant des voies mtaboliques nouvelles comme la possibilit dutiliser des hydrocarbures et des drivs organiques complexes (trs frquents chez les bactries du genre Pseudomonas ). Certaines bactries portent aussi des gnes codant la synthse de substances comme des antibiotiques, des toxines et des facteurs de virulence. Remarque : importance des plasmides portant des gnes de rsistance aux antibiotiques dans laugmentation des cas dinfections nosocomiales. Ces plasmides peuvent se transfrer dune bactrie une autre par diffrents mcanismes (voir cours de gntique bactrienne). Les plasmides sont des outils trs utiles en gnie gntique : on introduit dans une bactrie des gnes non bactriens ports par des plasmides, afin de lui faire acqurir de nouveaux caractres (exemples : synthse dinsuline, dhormone de croissance, vaccin HBV).


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IV-5- Les spores Ce sont des structures de rsistance formes par certaines bactries lorsque les conditions deviennent dfavorables (carence en lments nutritifs ). Trois genres bactriens sont caractriss par des endospores : Bacillus, Clostridium et Sporosarcina. Ce sont toutes des bactries Gram (+). a) Mise en vidence Les spores sont visibles la coloration de Gram o elles apparaissent comme des espaces vides lintrieur des bactries : seul le contour de la spore apparat color. A ltat frais, elles apparaissent comme de petites masses rfringentes au sein de la bactrie, ou libres dans le milieu. Il existe des colorations spciales bases sur le caractre acido-alcoolo-rsistant des spores. Exemple : coloration au vert de malachite = coloration de Benito-Trujillo. Aprs une contre coloration par la fushine, les spores apparaissent verte dans la bactrie rose.

Voir Document 14 b) Morphologie et structure Les spores sont de petites units ovales ou sphriques. Elles peuvent dformer ou non le corps bactrien. Leur position dans la cellule est variable : centrale, terminale, subterminale.

La spore peut-tre libre ou non (voir spores de B. anthracis sur Document 14) La recherche de tous ces caractres se fait dans un but taxonomique.

c) Composition chimique La spore possde de nombreuses enveloppes. Voir Document 14 La spore se diffrentie de la cellule vgtative par : une faible teneur en eau (do rsistance la dessiccation) une faible teneur en enzymes (activit mtabolique rduite) la prsence de dipicholinate de calcium dans une enveloppe particulire : le cortex une diminution du nombre de liaisons entre NAM et NAG la prsence de protines de type kratine dans les tuniques

1TSBioT cours microbio - Chapitre 2 : Morphologie et ultra structure des bactriesd) Le cycle sporal Il reprsente le passage de la forme vgtative la forme sporule et inversement : SPORULATION Forme vgtative GERMINATION Forme sporule

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Afin que la spore germe, elle doit se trouver dans des conditions favorables : eau, nutriments, pH, force ionique, temprature convenable, pas dagents antimicrobiens. Inversement, des conditions dfavorables de croissance entranent la sporulation ou labsence de germination de la spore. e) Les tapes de la sporulation La sporulation dure environ 7 heures. Voir Les diffrentes tapes de la sporulation : Documents 15 complter par des schmas La sporulation : Elle est provoque par lpuisement du milieu en substrat nutritif et elle peut ncessiter des conditions particulires : absence doxygne pour les Clostridium, prsence doxygne au contraire pour Bacillus anthracis . Le processus de sporulation dbute la fin de la phase exponentielle et se droule en 6 tapes : a. stade 1 formation du filament axial : la division nuclaire ntant pas suivie dune division cellulaire , les deux gnomes fusionnent donnant un filament chromatique axial b. stade 2 : les deux gnomes se sparent et en mme temps la membrane cytoplasmique sinvagine prs dun ple de la cellule pour former un septum de sporulation qui partage la cellule en deux parties ingales. c. Stade 3 : Ce septum va envelopper le cytoplasme de la plus petite partie pour former une prspore caractristique d. Stade 4 : entre les deux membranes limitant la prspore se forme la paroi sporale puis apparat rapidement le cortex e. Stades 5 et 6 : apparition des tuniques et aprs maturation, la cellule vgtative se lyse et libre la spore. f) Proprits de la spore La spore possde de nouvelles proprits par rapport la cellule vgtative : Thermo rsistance : La spore rsiste en gnral des tempratures de 70-80C pendant 10 minutes, parfois plus. Cette proprit est due la prsence de lacide dipicholinique et la dshydratation de la spore. (Les protines et les acides nucliques ltat dshydrats sont trs rsistants la dnaturation thermique). Cette proprit entrane des problmes importants dans les hpitaux, les salles de chirurgie et les industries alimentaires (Clostridium tetani >> ttanos ; C. botulinum >> botulisme)

Rsistance aux agents physiques et chimiques : La spore rsiste aux rayons UV, X, ultrasons, antiseptiques, dsinfectants, ATB (un ATB bactricide pour une bactrie peut savrer simplement sporostatique pour les spores de la mme bactrie). Cela pose galement des problmes dans les hpitaux. Rsistance la dessiccation et au vieillissement : Ces phnomnes semblent dus la faible teneur en eau et au mtabolisme ralenti : on parle dtat de dormance. Synthse dantibiotiques : Certaines bactries synthtisent des ATB au dbut de la phase de sporulation. Exemple : Bacillus licheniformis synthtise ainsi la Bacitracine ; Bacillus polymyxa le polymyxine Mais aussi des toxines (entrotoxine de Clostridium perfringens) ou des substances activit biopesticide ( toxines ltales pour des insectes) comme le corps parasporal de Bacillus thuringiensis et de Bacillus sphaericus .

1TSBioT cours microbio - Chapitre 2 : Morphologie et ultra structure des bactriesg) La germination ;

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Place dans des conditions favorables (eau glucose acides amins) la spore redonne naissance une cellule vgtative. On distingue 3 stades dans le processus de germination : a. lactivation : correspondant une lsion des enveloppes sporales par des agents physiques (choc thermique ) ou chimiques ( acides , lysozyme ) ou mcaniques ( abrasion, choc ) . Remarque : lactivation thermique est mise profit au cours de la tyndallisation qui consiste chauffer 3 fois le produit striliser : 30 min 60C ( destruction des formes vgtatives et induction de la germination dventuelles spores ) , le deuxime chauffage 60C 30 minutes tue les spores issues da la germination et induit la germination des spores rsiduelles et le troisime chauffage dans les mmes conditions dtruit les dernires formes vgtatives. b. Linitiation dbute en prsence de conditions favorables dhydratation et de mtabolites effecteurs ( alanine , magnsium adnosine ) qui pntrent travers les enveloppes endommages. Des enzymes hydrolytiques dgradent les constituants de la spore ; il y a libration du dipicolinate de calcium . le cortex dtruit la pore s imbibe deau et gonfle. c. Lmergence de la nouvelle cellule vgtative : grce laltration des enveloppes