Cours 3 anatomie fonctionnelle et structurelle des bactéries

Structure générale des bactéries

• La morphologie et les structures bactériennes varient selon l'espèce, le genre et l'environnement.
• Des caractéristiques générales communes existent à toutes les bactéries.

Structures Essentielles

• Comprend le cytoplasme, les ribosomes et l'appareil nucléaire.
• L'appareil nucléaire, appelé nucléoïde, renferme l'information génétique, sans noyau distinct.
• La transcription et la traduction se déroulent simultanément dans le cytoplasme pour un développement rapide.
• La membrane cytoplasmique joue un rôle d'enveloppe, semblable à celle des eucaryotes, renfermant le cytoplasme.
• La paroi bactérienne, absente chez les mollicutes, joue également un rôle d'enveloppe autour de la membrane cytoplasmique.

Structures Facultatives

• Sont des appendices filamenteux comme les pili, flagelles et fimbriae.
• Incluent les plasmides contenant de l'information génétique complémentaire.
• La capsule et la couche S jouent un rôle d'enveloppe.
• Les mésosomes et inclusions cytoplasmiques sont également présents.

Exploration de la paroi bactérienne

• L'exploration de la paroi bactérienne peut se faire via microscopie électronique, étude chimique et moléculaire, et la coloration de Gram.
• La coloration de Gram, développée par Hans Christian Gram, est explorée avec un grossissement de 1000.

Étapes de la coloration de Gram

• Prélèvement par frottis.
• Coloration au violet de Gentiane.
• Passage au lugol (produit iodé).
• Décoloration ménagée à l'alcool/acétone.
• Surcoloration ou contre-coloration à la safranine ou à la fuschine.
• Les bactéries Gram + apparaissent en violet.
• Les bactéries Gram - apparaissent en rose.

Structure, composition et rôles de la paroi bactérienne

• La paroi est une structure essentielle constante, protégeant la membrane cytoplasmique.
• Les Mycoplasma sont une exception, étant dépourvus de paroi.
• Elle détermine la forme, la taille, et la morphologie des bactéries.
• Elle protège contre les dégâts mécaniques, lyse osmotique, variations de pH et de température, et radiations.
• Elle agit comme un tamis moléculaire et régule l'entrée et la sortie des ions et molécules.
• Elle contient des composants pariétaux impliqués dans la physiopathologie des infections comme le Lipopolysaccharide chez les Gram-.
• Les bêta-lactamines ciblent la synthèse du peptidoglycane et certains antibiotiques pénètrent via les porines.

Structures des bactéries Gram +

• Possèdent une seule membrane plasmique entourant le cytoplasme.
• Bicouche lipidique composée de deux feuillets.
• Épaisse couche de peptidoglycane entre 40 et 60 couches.
• Espace périplasmique entre le peptidoglycane et la membrane plasmique.

Structures des bactéries Gram -

• Possèdent deux membranes : une externe et une plasmique.
• Les deux sont des bicouches lipidiques.
• L'espace périplasmique contient une fine couche de peptidoglycane.

Composition des bactéries Gram +

• Elles ont du peptidoglycane, des acides teichoiques/teichuroniques, des acides lipoteichoiques et des polysaccharides; possiblement des protéines.
• Elles n'ont pas de lipides, de lipopolysaccharides, ni lipoprotéines.

Composition des bactéries Gram -

• Elles ont du peptidoglycane, des polysaccharides, des protéines, des lipides et des lipoprotéines.
• Elles n'ont pas d'acides teichoiques ni d'acides lipoteichoiques.

Le peptidoglycane ou muréine

• Il est important pour la protection bactérienne.
• Il est responsable de la forme, de la rigidité, de la taille et de la solidité.
• Il protège la membrane cytoplasmique.
• C'est une macromolécule entourant la bactérie.
• Trois éléments forment un réticulum : chaînes glycaniques, chaînes latérales tétrapeptidiques, et ponts interpeptidiques.

Chaînes glycaniques

• Sont composées de 10 à 65 sucres, formant le squelette.
• Unités répétitives de NAG liées avec du NAM.
• Sont spécifiques au peptidoglycane et dégradées par le lysozyme.

Chaînes latérales tétrapeptidiques

• Sont des oligopeptides de 4 acides aminés reliant les chaînes glycaniques.
• Contiennent souvent L-Ala, D-Glu, un acide aminé diaminé (L-Lys ou mDAP), et toujours une D-Ala.
• Le tétrapeptide est fixé au résidu lactyl du NAM.

Les ponts inter-peptidiques

• Ils relient les tétrapeptides adjacents, formant la réticulation.
• La liaison se fait entre le 3e acide aminé d'un tétrapeptide et le 4e d'un autre.
• Le nombre de ponts varie et affecte la solidité.

Variation dans les structures

• Les bactéries G+ et G- diffèrent dans les acides aminés du tétrapeptide, les ponts interpeptidiques, la fréquence de réticulation, la quantité de peptidoglycane, et le nombre de couches.
• La paroi de Staphylococcus aureus est très réticulée et rigide.

Paroi des bactéries Gram +

• Sont riches en peptidoglycane, représentant 50 à 80% de la paroi.
• Ont de nombreuses couches (40 à 60) et sont très réticulées.

Paroi des bactéries Gram -

• Moins riches en peptidoglycane, représentant 10% de paroi.
• Peu de couches (1 à 3) et moins réticulées.

Synthèse du peptidoglycane

• Structure dynamique en destruction et synthèse continues, permettant une multiplication rapide des bactéries.
• E. coli a un temps de génération de 20 minutes dans de bonnes conditions.
• Les autolysines dégradent le peptidoglycane pour réintégrer les blocs lors de la synthèse.
• La synthèse se déroule en trois étapes.

Étapes de la synthèse du peptidoglycane

• Synthèse d'un précurseur UDP-NAM-Pentapeptide dans le cytoplasme bactérien.
• Undécaprényl-phosphate transporte à travers la barrière phospholipidique.
• Undécaprényl-pyrophosphate-NAM-(Pentapeptide)-NAG est aussi un transporteur permettant l'extériorisation des précurseurs Grace à ces transporteurs, il y a externalisation des précurseurs.
• La transpeptidase établit les ponts inter-peptidiques.
• La carboxypeptidase rompt la liaison D-Ala et transforme un pentapeptide en tétrapeptide.
• Ces enzymes sont ciblées par les bêta-lactamines; les mutations favorisent la résistance.

Antibiotiques agissant sur la paroi

• La synthèse du peptidoglycane est la cible de plusieurs antibiotiques.
• La fosfomycine inhibe la synthèse du NAM.
• Les glycopeptides se fixent à la région D-Ala-D-Ala et inhibent la synthèse pariétale.
• Les bêta-lactamines agissent sur les transpeptidases et les carboxypeptidases, inhibant la synthèse du peptidoglycane.

Acides téichoïques

• Ils existent seulement chez les bactéries Gram +.
• Polymères riches en phosphates enchâssés dans le peptidoglycane (Polyglycérolphosphates ou Polyribirolphosphate).
• Liés au peptidoglycane et peuvent être substitués avec un D-Glu ou un D-Ala.
• Structures antigéniques dépassant du peptidoglycane, permettant le contact avec les cellules eucaryotes.
• Ils ont une synthèse complexe et une diversité importante.
• Ils se lient dans le réseau du peptidoglycane.
• Ils ont une charge négative, présence d'ions PO₄²⁻ captant les cations.
• Ils ont une forte affinité sélective pour le Mg²⁺.
• Ils implique les enzimes de la membrane cytoplasmique
• Ils forment des anticorps pour le diagnostic de certaines infections bactériennes.
• Ils inhibe et régule l'activité des autolysines et participe à l'adhérence des bactéries.

Acides lipotéichoïques

• Plus longs que les acides téichoïques, traversant la paroi et enchâssés dans la membrane cytoplasmique.
• Présents chez certaines bactéries G+ ayant des acides téichoïques.
• Construits de 25 à 30 unités de PGP liés par liaisons phosphodiesters.
• Ils peuvent être substitués avec un D-glu ou un D-Ala.
• L'ion Mg2+ assure la cohésion entre les acides lipotéichoïques et la membrane cytoplasmique.

Rôles des acides lipotéchoïques

• Important dans l'adhérence des bactérie.
• Fixés à la membrane cytoplasmique par des glycolipides inserés dans la membrane.

Polysaccharides neutres de la paroi des bactéries Gram +

• Structures facultatives, neutres et non acides, spécifiques aux bactéries Gram +.
• Se lient au carbone 6 d'un NAM.

Rôle des Polysaccharides neutres de la paroi des bactéries Gram +

• Jjouent un rôle structural et antigénique majeur, permettent leur identification.
• Groupage de Lancefield permet de détecter et classer les streptocoques selon polyoside C.

Le Docteur test

• Permet de savoir si une angine est d'origine bactérienne ou virale

Protéines de la paroi des bactéries Gram +

• Protéines de structure ou enzymes, variables en nature et quantité selon la bactérie.
• La protéine M (Streptococcus pyogenes) est une protéine pariétale avec une partie C terminale dans la paroi et une partie N terminale à l'extérieur.
• Rôle dans la virulence et la protection contre la phagocytose.
• Protéine A (staphylocoque doré) est fibrillaire avec une partie dans la paroi et une à l'extérieur.
• Elle se lie au fragment Fc d'IgG, évitant l'opsonisation et la phagocytose.

La membrane externe des bactéries Gram -

• Bicouche lipidique avec forte asymétrie et présence des lipopolysaccharides.
• Les LPS sont spécifiques au feuillet externe.
• Le feuillet interne est composé de phospholipides.

Les porines

• Protéines enchâssées dans la membrane externe, permettant le passage de composés et d'antibiotiques.
• Les mutations entraînent une résistance aux antibiotiques.
• Pseudomonas aeruginosa: la porine D2 mutée bloque l'entrée des antibiotiques.

Le Lipopolysaccharide (LPS)

• Macromolécule composée de lipides et polysaccharides, constituant majeur du feuillet externe des bactéries Gram -
• Inclut l'antigène O des bactéries G-, constituant l'endotoxine.
• Structure avec lipide A (hydrophobe), core polysaccharidique (zone de jonction), et chaînes latérales polysaccharidiques (antigène O).

Le lipide A

• Assez conservé, contient des groupements chargés.
• Chez E. coli, contient deux glucosamines phosphorylées liées et acides gras.
• Rôle structural important.
• L'activité toxique est liée au lipide A, agissant via le macrophage et médiateurs cellulaires.
• La production de médiateurs a des effets bénéfiques ou néfastes.

Le core polysaccharidique

• Bien conservé chez les bactéries G-, avec sucres spécifiques.
• Contient le core contenu de nombreux groupes chargés, surtout anioniques (négativement).

Chaines latérales polysaccharidiques O

• Grande variabilité inter-espèces.
• Chaînes hydrophiles couvrant la surface bactérienne externe.
• Constitués d'unités oligosaccharidiques répétitives.
• Apportent le caractère hydrophile.
• Rôle dans la virulence; la perte entraîne une virulence moindre.
• Antigénicité du LPS réactions antigène-anticorps utilisées dans maladies infectieuses.
• Identification et typage bactérien = diagnostic direct ; sérodiagnostic = indirect.

La capsule

• Structure facultative externe chez G+ et G-, spécifique à chaque bactérie.
• La synthèse est génétiquement déterminée et influencée par l'environnement.
• Mise en évidence difficile, nécessitant une coloration négative.

Composition de la capsule

• Polysaccharides linéaires ou ramifiés (homopolymères ou hétéropolymères).
• Polypeptides de D-Glu, ou mixte (polysaccharides + polypeptides).

Fonctions de la capsule

• Barrière, protection, aspect mucoïde.
• La capsule joue un rôle dans la les infections bactériennes chez les patients présentant une mucoviscidose maintient les bactéries dans les poumons
• elle inhibe la phagocytose et la voie alterne du système du complément.

Capsulée et Identification bactériennes

• Bactéries capsulées virulentes ont des formes lisses.
• Bactéries non capsulées sont avirulentes.
• Rôle dans identification bactérienne par phénomène de Neufeld.
• Rôle immunogène et production d'anticorps, utilisés pour vaccins (méningocoques, Haemophilus influenzae, pneumocoque, Salmonella typhi).
• Adhérence pour la formation de la plaque dentaire.

Flagelles bactériens

• Appendice filamenteux protéique inséré dans la membrane interne de bactérie g- ou g+
• La présence du flagelle est une structure facultative qui permet une mobilité en milieu liquide et effecteur de la chimiotaxie, en particulier vis-à-vis du glucose.
• Ils sont une structure appendice filamenteux protéique inséré dans la membrane interne (bactérie g- ou g+) nécessitant la coloration spéciale
• Si ils sont absents = immobilité; si ils sont présents = mobilité

Types de ciliataire

• Implantation du flagelle est variable selon les bactéries.
• Monotriche: un seul flagelle.
• Lophotriche: Plusieurs flagelles sont placés au niveau d'un même pole de la bactérie.
• Amphitriche: Les flagelles sont placés aux pôles opposés.
• Péritriche: Concerne en particulier les entérobactéries

Structure du flagelle

• L’assemblage séquentiel de la nature constituée de la nature protéique
• Filamenteux hélicoïdale , le filament représente 98% de la masse flagellaire
• Crochet à arrangement hélicoïdal d'une sous-unité protéique permet d’attacher au corps bactérien
• Corps basale formé bâtonnets complexe régule les mouvements flagellaires

Fonctions du flagelle

• Le mobilité hélicoïdale et rigide selon le milieu nutritif effectue la rotation anti ou horaire du flagelle
• L'énergie du flagelle provient de la force proton motrice nécessite beaucoup d’énergie
• Le corps basal permet d’effectuer 200 tours au seconde en parcourant dix sa vitesse
• Chimiotaxie : selon attire ou la répulsion

Flagelles : La chimiotaxie

• Régulation du flagelle se fait lié attirance à la surface est liée à la communication protéines : protéine CheA le signal senseur, Chey : lié à l’effecteur régulateur

Pillis

• Pillis, l’hélice constituée de diversité assemblage des pili varie selon la bactérie
• Les pili permettent permettent d’adhérer des protéine : pili permettre d’adhérer des au processus infectieux par adhérence

Infection urinaire

• E. coli utilise Pilli 1 Pilli P pour déclencher l’ infection qui remonte dans la vessie synthèse une infection
• E. coli utilise 1 pour infection urinaire mais P pour les néphron.

Ce quiz explore les différences entre les bactéries Gram-négatives et Gram-positives, en mettant l'accent sur leur structure cellulaire et leur réaction à la coloration de Gram. Comprendre ces différences est essentiel pour identifier et traiter efficacement les infections bactériennes. Testez vos connaissances sur la paroi cellulaire, le LPS et les antibiotiques.