structure et anatomie fonctionnelle des bacteries
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facMedPhar.3eme ANNEE MED.2019/2020.
STRUCTURE ET ANATOMIE FONCTIONNELLE DES BACTERIES CLASSIFICATION SIMPLIFIEE DES BACTERIES.
I- INTRODUCTION : ⹠La découverte du monde microbien remonte à la fin du XVIIe siÚcle grùce à Anthonie Van Leeuwenhoeck, un
drapier qui en utilisant un microscope de sa fabrication a pu observer dans lâeau et les infusions de nombreux micro-organismes quâil nomma « animalcules »
âą Ce nâest que deux siĂšcles plutards que la microbiologie a connu son vraie dĂ©part, grĂące aux travaux de Louis pasteur et Robert Koch.
⹠Le terme de Bactérie (grec: petit bùton) a été donné par COHN en 1857.
⹠Celui de microbe par Sédillot (un chirurgien) en 1878 et désigner tous les organismes microscopiques.
II- DEFINITION : Les bactĂ©ries = micro-organismes unicellulaires de petite taille de lâordre du Micron (1 Ă 10 ”m). Elles appartiennent au rĂšgne des protistes qui se subdivise en deux classes: Les protistes supĂ©rieurs « Eucaryotes » (champignons, algues, protozoaires) Les protistes inferieurs « Procaryotes »: (bactĂ©ries et cyanophycĂ©es) se distinguent des eucaryotes par:
o Lâabsence de membrane nuclĂ©aire.
o Un chromosome unique et pas dâappareil mitotique.
o Lâabsence de mitochondries, dâappareil de Golgi et de rĂ©ticulum endoplasmique.
o Et enfin la prĂ©sence dâun constituant spĂ©cifique au niveau pariĂ©tal: le peptidoglycane ou mureine ou
mucopeptide.
III- MOYENS DâETUDE DES BACTERIES :
1/- Microscopie optique: Comporte 2 temps:
- Examen Ă lâĂ©tat frais: (entre lame et lamelle) permet dâobserver la forme et la mobilitĂ© des bactĂ©ries.(1/2 liquide) - Examen aprĂšs coloration: (aprĂšs fixation) permet de mieux apprĂ©cier la morphologie bactĂ©rienne. On distingue:
Les colorations simples (bleu de méthylÚne) Les colorations doubles (coloration de Gram la plus connu et celle de Ziehl-Nielsen)
2/- Microscopie Ă©lectronique: Permet une Ă©tude fine de la structure bactĂ©rienne ou lâanatomie bactĂ©rienne.
IV-ANATOMIE BACTERIENNE : Dans une cellule bactérienne on distingue différents types de structure: 1/ Structures constantes: Retrouvées chez toutes les espÚces bactériennes :
Chromosome. Cytoplasme. Membrane cytoplasmique. Paroi (absente chez les Mycoplasmes).
2/ Structures facultatives: Présentes chez quelques espÚces seulement ou certains individus (souches) d'une espÚce: La spore. La capsule, glycocalyx. Les plasmides. Les cils ou flagelles. Les pili.
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A/- STRUCTURES CONSTANTES : 1- LA PAROI BACTERIENNE :
Enveloppe sous jacente Ă la capsule. Elle assure Ă la bactĂ©rie sa rigiditĂ©, sa forme et sa rĂ©sistance au milieu extĂ©rieur. Sa structure diffĂšre selon quâil sâagit de bactĂ©ries Ă Gram (+) ou Ă Gram (-) mais les deux ont un Ă©lĂ©ment en
commun: « Le peptidoglycane » Le peptidoglycane :
Câest un polymĂšre de chaines linĂ©aires formĂ©es par lâalternance de deux sucres aminĂ©s: NAG (N-AcĂ©tyl Glucosamine) et NAM (N-AcĂ©tyl Muramique ) unis par liaison disaccharidique.
Sur le NAM sont fixĂ©es des chaines tĂ©tra peptidiques dont la composition varies selon les espĂšces.(exemple: L-Alanine â A-D-Glutamique - L-Lysine - D-Alanine)
Ces tĂ©tra peptides sont reliĂ©s entre eux par des ponts inter-peptidique.(Penta glycine = 5 unitĂ© de Glycine) (entre la Lysine dâune chaine et la D alanine terminale dâune autre chaine)
a)- PAROI DE GRAM (+) :
Elle est épaisse par rapport à celle des Gram (-),(20 à 80nm), homogÚne, constituée en grande partie de peptidoglycane uni à des acides teichoiques (2e composant essentiel de la paroi= polymÚre de glycérol phosphate ou ribitol phosphates associés à un sucre) et lipoteichoiques.
CELLULE BACTERIENNE
CAPSULE
PAROI
ESPACE
PERIPLASMIQUE
MEMBRANE
CYTOPLASMIQUE
CYTOPLASME
NOYAU MESOSOME
PLASMIDE
PILI
COMMUNS
FLAGELLE
PILI
SEXUEL
« F »
RIBOSOME
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Les acides teichoiques se combinent Ă des ions Mg++ pour rende la paroi plus compacte, ils contrĂŽlent Ă©galement les autolysines qui hydrolysent la paroi ancienne pour permettre lâinsertion de nouveau composants.
La paroi des Gram (+) est perméable aux antibiotiques.
b)- PAROI DE GRAM (-) :
Structure plus complexe et plus fine que celle des Gram (+), constituĂ©e dâune fine couche de PG, recouverte dâune couche tri lamellaire appelĂ©e enveloppe externe formĂ©e de:
Phopholipides (PL). Protéines (Porines). Lipopolysaccharides (LPS) constitué de 3 parties : Le lipide A toxique: enfuit dans la membrane. Le polysaccharide central (core).
La chaĂźne latĂ©rale O : ou Ag O de nature oligosaccharidique (Ag de surface Ă la base des identifications sĂ©rologiques, correspond Ă lâendotoxine responsable du choc endotoxinique)
Les porines permettent le passage des substances et des antibiotiques selon leur diamĂštre et leur charge. La paroi des Gram (-) est moins permĂ©able aux antibiotiques et riche en lipides qui seront dissous par lâalcool dâoĂč caractĂšre (-) au Gram.
Lipide A Core Sucre
Lipopolysaccharides (LPS)
PAROI DâUNE BACTERIE A GRAM POSITIF
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b)- PAROI DES BAAR (Bacilles Acido-Alcoolo RĂ©sistants): Les mycobactĂ©ries sont classĂ©es parmi les bactĂ©ries Ă Gram (+), elles sont colorĂ©es Ă chaud par la fuscine phĂ©niquĂ©e.(technique de Ziehl-Nielsen) Leur paroi est riche en lipides (60%), formĂ©e de peptidoglycane associĂ© Ă des molĂ©cules dâarabino-galactane, liĂ©es Ă des acides mycoliques, dâoĂč : RĂ©sistance aux lysozymes = multiplication intra cellulaire. ImpermĂ©abilitĂ© aux antibiotiques courants.
SYNTHESE DE LA PAROI : Passe par 3 Ă©tapes : 1/- Etape 1 cytoplasmique : synthĂšse dâu monomĂšre appelĂ© le nuclĂ©otide de PARK formĂ© du NAM + chaine penta peptidiques. 2/- Etape 2 : Ce nuclĂ©otide est transportĂ© par un transporteur lipidique Ă travers la membrane cytoplasmique et va sâadditionner au NAG. 3/- Etape 3 : transfert de cette nouvelle sous unitĂ© au point de croissance du peptidoglycane de la paroi et formation dâune chaine peptidique (transpeptidation)
PAROI DâUNE BACTERIE A GRAM NEGATIF
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FONCTIONS DE LA PAROI : A/ Paroi et coloration de Gram: BasĂ©e sur la permĂ©abilitĂ© ou non de la paroi Ă lâalcool. Elle se dĂ©roule en 3 Ă©tapes (aprĂšs fixation du frottis):
âą Coloration au Violet de gentiane pdt 1 mn.
âą fixation par le Lugol pdt 1 mn.
âą DĂ©coloration par lâalcool pdt 40 Ă 50 secondes.
âą Contre coloration par la fushine 30 secondes. Examen au microscopique optique Ă lâhuile dâimmersion: BactĂ©ries Gram (+): ColorĂ©es au violet. BactĂ©ries Gram (-): ColorĂ©es en rose. B/ Forme des bactĂ©ries:
Forme sphérique: cocci Forme en bùtonnet: Bacille. Bùtonnet incurvé: Vibrion. Forme spiralée. Bacilles fusiforme. Forme en Coccobacilles.
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C/ RĂ©sistance: ProtĂšge la bactĂ©rie contre les agressions physicochimiques et les variations de pression osmotique D/ Echanges: ContrĂŽle la diffusion des molĂ©cules en fonction de leur taille, degrĂ© d'hydrophobicitĂ©... : rĂŽle de membrane semi-permĂ©able. E/ RĂŽle important dans la division cellulaire. F/ Site de nombreux dĂ©terminants antigĂ©niques. G/ Paroi et antibiotiques: La paroi est le site dâaction de nombreux antibiotiques dont : * La Fosfomycine : agit au niveau du cytoplasme lors de la formation du monomĂšre. * Les BĂ©talactamines : agissent sur la transpeptidation en se liant aux transpeptidases (PLP = protĂ©ines liants pĂ©nicillines) qui se trouvent Ă lâextĂ©rieur de la membrane cytoplasmique, par suite dâune configuration voisine avec le dipeptide D-ala-D-ala * Les Glycopeptides (Vancomycine et Teicoplanine) : agissent sur lâĂ©tape finale de la synthĂšse de la paroi, Ă lâextĂ©rieur de la bactĂ©rie en se fixant sur la D-alanine terminale empĂȘchant lâĂ©longation de la paroi par encombrement stĂ©rique.
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H/ Protoplaste, sphéroplaste (forme L):
o Protoplaste = Bactérie sphérique, enveloppée uniquement avec la membrane cytoplasmique (obtenu par action de lysozyme en milieu hypertonique sur 1 bactérie à Gram (+))
o SphĂ©roplaste = BactĂ©rie globuleuse, enveloppĂ©e avec lâenveloppe externe et la membrane cytoplasmique (obtenu par action de la PĂ©nicilline sur une bactĂ©rie Ă Gram (-))
APPLICATION AU LABORATOIRE : Le diagnostic bactĂ©riologique repose sur : 1- Lâexamen microscopique : a/- Examen Ă lâĂ©tat frais : visualise la forme et la mobilitĂ© des bactĂ©ries. Exp : - Pseudomonas aeroginosa est mobile. - Klebsiella est immobile. b/- Examen aprĂšs coloration : - Bleu de MethylĂšne : mise en Ă©vidence de la forme, disposition et situation intra ou extra cellulaire. - Coloration de Gram : permet de distinguer les bactĂ©ries Gram (+) des Gram (-), la disposition permet donc dâorienter le traitement antibiotique de 1e intention et dâorienter lâisolement et lâidentification du germe responsable. - Coloration de Ziehl-Nielsen : Permet par exemple la mise en Ă©vidence de BAAR dans les prĂ©lĂšvements de crachats et de poser le diagnostic de tuberculose pulmonaire 2- LA MEMBRANE CYTOPLASMIQUE :
Se trouve sous la paroi et dĂ©limite le cytoplasme. FormĂ©e dâune double couche de phospholipides ou sâinsĂšre des protĂ©ines enzymatiques: (permĂ©ases, enzymes
impliquĂ©es dans la synthĂšse du peptidoglycaneâŠ) Renferme les enzymes respiratoires (Ă©quivalent fonctionnel des mitochondries chez les cellules eucaryotes) Câest une membrane semi-permĂ©able Ă travers laquelle les mĂ©tabolites pĂ©nĂštrent soit par diffusion simple soit
par transport actif par les permĂ©ases. RĂŽle dans la synthĂšse de BactĂ©riocines. PrĂ©sente des invaginations « mĂ©sosomes », site dâattachement du chromosome (participent Ă la rĂ©gulation de la
multiplication bactérienne qui se fait par scissiparité binaire) Au niveau de la membrane cytoplasmique agissent les polypeptides.
3- LâESPACE PERIPLASMIQUE : Se trouve entre la membrane cytoplasmique et le peptidoglycane. Quand la pression osmotique externe augmente, il sâĂ©largie et fait tampon, il contient les PLP et des enzymes (protĂ©ases et lipases)
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4- LE CYTOPLASME : Contient: Des enzymes. De nombreux ribosomes. Des vésicules de stockage.
5- LE NOYAU : (chromosome) Une seule molĂ©cule de DNA bicatĂ©naire, circulaire et pelotonnĂ© sur elle mĂȘme. AttachĂ© Ă un point de la membrane cytoplasmique. Ne possĂšde pas de membrane nuclĂ©aire, dâoĂč un transfert rapide de lâinformation. Se rĂ©plique et est transmis aux cellules filles, il peut muter ou ĂȘtre transfĂ©rĂ© Ă dâautres cellules.
La rĂ©plication : Se fait selon un mode semi conservateur ; un brin dâADN est coupĂ© par une endonuclĂ©ase dâoĂč
dĂ©roulement du DNA. Une DNA gyrase complĂšte le relĂąchement des super enroulements. SĂ©paration des 2 brins et formation de la fourchette de rĂ©plication : La rĂ©plication se fait de 5â Ă 3â et on
aura grĂące Ă une ADN polymĂ©rase la synthĂšse dâun brin complĂ©mentaire. On obtient deux ADN doubles brin.
Câest le site dâaction des : * Quinolones et fluoroquinolones : DNA gyrase. * La Rifampicine : Se lie Ă lâARN polymĂ©rase bactĂ©rien arrĂȘtant lâinitiation de la transcription. * Sulfamides et Bactrim : inhibent la synthĂšse de bases puriques et pyrimidique
APPLICATIONS: 1- DNA recombinant : - On peut couper le DNA bactĂ©rien Ă lâaide dâenzymes de restriction. - On coupe un DNA Ă©trangers et celui dâun plasmide vecteur aprĂšs mĂ©lange, on obtient un DNA Ătranger intĂ©grĂ© dans le plasmide - On transfĂšre ce DNA vecteur dans une bactĂ©rie ou levures Exp : SynthĂšse de lâinterfĂ©ron. 2- Le DNA comme marqueur Ă©pidĂ©miologique : a/- ElectrophorĂšse de lâADN : Extraction de lâADN. Le couper Ă lâaide dâenzymes de restriction. Faire migrer ces fragments en gel dâagarose selon leur poids molĂ©culaire. On obtient un profil de restriction spĂ©cifique Ă chaque souche. b/- L a PCR (polymĂ©rase Chain rĂ©action) (dĂ©tection du gĂ©nome ou charge virale) On peut amplifier des milliers de fois un fragment dâADN en prĂ©sence de DNA polymĂ©rase, de nuclĂ©otides et dâamorces.
B/- STRUCTURES FACULTATIVES : 1- LA CAPSULE:
Enveloppe la plus superficielle de nature: Se trouve Ă lâextĂ©rieur pour les G(+) et Ă lâextĂ©rieur de la membrane externe pour les G(-) le plus souvent polysaccharidique: pneumocoque, mĂ©ningocoque... parfois protĂ©ique: bacille du charbon. Mise en Ă©vidence par la mĂ©thode Ă lâancre de chine.
RÎle: Facteur de virulence car protÚge la bactérie de la phagocytose. Donne aux colonies un aspect muqueux.
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Support AntigĂ©nique: de certains vaccins « pneumocoque » et un Ă©lĂ©ment dâidentification « Ag solubles » MĂ©ningocoque (A,C, B et W135) . STRUCTURES APPARENTEES :
Glycocalyx et Bio films : Feutrage de polysaccharides et de protĂ©ines qui entoure la bactĂ©rie. Visible seulement en microscopie Ă©lectronique. Permet lâadhĂ©rence aux supports naturels = Ă©laboration de la plaque dentaire. AdhĂ©rence sur les surfaces inertes ou cellulaires.
2- PLASMIDES :
Petites molécules d'ADN bicaténaire, circulaire, surenroulé, ayant une réplication indépendante de celle du chromosome
Capables de se transmettre aux cellules filles aprĂšs division cellulaire. Capables de se propager d'une bactĂ©rie ou dâune espĂšce Ă une autre par un processus de conjugaison ou de
transformation. Peuvent porter des gÚnes de virulence ou de résistance aux antibiotiques/antiseptiques.
3- LES FLAGELLES (CILS) :
Structures rigides, ondulĂ©es qui naissent de la membrane cytoplasmique. ConstituĂ©es de sous unitĂ©s de protĂ©ines assemblĂ©es appelĂ©e flagelline. Permettent la mobilitĂ© des bactĂ©ries. Ils sont antigĂ©niques et sont Ă ce titre des Ă©lĂ©ments dâidentification (Salmonelles).
Plusieurs dispositions possibles :
âą 1 seul flagelle polaire = Ciliature monotriche.
âą 1 touffe de flagelles polaires = Ciliature lophotriche (Pseudomonas)
âą 1 flagelle Ă chaque pĂŽle = Ciliature amphitriche.
⹠Des flagelles entourant la bactérie = Ciliature préritriche. (Entérobactéries)
âą les spirochĂštes ont un flagelle interne = Filament axial.
4- LES PILI :
Structures allongées de nature protéique (formées de sous unités de piline) disposés réguliÚrement sur la surface bactérienne.
SpĂ©cifiques aux bactĂ©ries Ă Gram (-) rarement Gram (+). On distingue 2 catĂ©gories: a. pili communs ou fimbriae: Favorisent lâadhĂ©sion de certaines bactĂ©ries aux muqueuses (E. coli et muqueuse
vésicale) = facteurs de virulence b. Les pili sexuels: plus longs. Les bactéries qui en produisent sont nommées bactéries « mùles » à l'opposé des bactéries « femelles ».
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Permettent lâattachement des bactĂ©ries entre elles lors de la conjugaison. NB: Les gĂšnes qui codent pour les pili sont portĂ©s par des plasmides (F+).
5- LA SPORE :
Forme de bactĂ©rie Ă mĂ©tabolisme ralenti qui lui permet de survivre dans des conditions trĂšs dĂ©favorables (manque de nutriments, tempĂ©rature trop Ă©levĂ©e, salinitĂ©, accumulation de substances toxiquesâŠ.) « Spore = bactĂ©rie au repos »
Produite par des bacilles Gram+ essentiellement. La spore comporte plusieurs couches qui sont de lâintĂ©rieur Ă lâextĂ©rieur: Le peptidoglycane Le cortex: comporte du Dipicolinate de Ca++ (synthĂ©tisĂ© lors de la sporulation) responsable de la thermo-
rĂ©sistance de 80° Ă 100°C. Les tuniques externes: FormĂ©es de KĂ©ratine ce qui lui confĂšre une rĂ©sistance aux solvants organiques. Durant la sporulation lâH2O sort lentement de la spore. Cette dĂ©shydratation permet de rĂ©sister aux enzymes Ă
qui lâH2O est nĂ©cessaire Ă leur action. Les spores sont dĂ©truites par autoclavage Ă 120°C durant 15mn. Les spores posent un problĂšme dans lâindustrie alimentaire car les conserves ne subissent quâune courte cuisson
ne permettant pas dâĂ©liminer les spores. Les contaminations redoutables sont celles des spores de clostridium botulinum et et perfringens qui germent
en milieu anaerobies et libĂšrent des toxines qui peuvent ĂȘtre mortelles.
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Bactérie Spore.
⹠Spore Bactérie végétative Classification des spores: Selon la forme et la position dans la bactérie.
Sporulation
Germination
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Ronde Centrale non déformante
Ronde Subterminale non déformante
Ronde Terminale non déformante
Ovale Centrale non déformante
Ovale Subterminale non déformante
Ovale Terminale non déformante
Ovale Centrale déformante
Ovale Subterminale déformante
Ovale Terminale déformante
Ronde Centrale déformante
Ronde Subterminale déformante
Ronde Terminale déformante
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FIN.