Cours de Bactériologie: Introduction

Cours de Bactériologie

• Ce document fournit des notes d'étude sur un cours de bactériologie couvrant divers aspects des bactéries, de leur classification et nomenclature à leur structure cellulaire, nutrition, et croissance.

Définition et Caractéristiques Générales

• La microbiologie est définie comme la science qui étudie les micro-organismes, qui sont des organismes microscopiques.
• Ces micro-organismes peuvent exister sous forme de cellules isolées ou en groupe.
• Les principaux groupes de micro-organismes comprennent les virus, les bactéries, les champignons, les algues unicellulaires et les protozoaires.

Principaux Groupes de Microorganismes

• Virus

  • Taille varie de 0,015 à 0,2 µm.
  • Parasites obligatoires nécessitant un hôte.
  • Visibles uniquement au microscope électronique.
  • Causent des maladies chez l'homme, les plantes et les animaux.

• Bactéries

  • Procaryotes unicellulaires avec un diamètre de 0,5 à 1,5 µm.
  • Structure simple et peuplent divers milieux.
  • Fort pouvoir de génération, avec une division possible toutes les 20 minutes.

• Cyanobactéries

  • Taille varie de 5,0 à 15 µm.
  • Procaryotes unicellulaires.
  • Structure similaire à celle des bactéries et contiennent de la chlorophylle.
  • Contribuent à la formation du sol.

• Levures

  • Eucaryotes unicellulaires (5 à 10 µm).
    • Cultivées en laboratoire et utilisées dans la production de boissons alcooliques.
  • Certaines levures sont pathogènes.

• Moisissures

  • Eucaryotes pluricellulaires (2 à 10 µm de diamètre).
  • Cultivées en laboratoire, utiles dans les fabrications industrielles (pénicilline).
  • Peuvent être pathogènes pour les hommes, les animaux et les plantes.

Taxonomie et Nomenclature

• La taxonomie est un arrangement ordonné d'unités dans des groupes plus grands.

• L'unité de base de la classification biologique est l'espèce.

• Une espèce est définie comme un groupe d'organismes apparentés capables de se croiser, bien que cette définition ne soit pas applicable aux procaryotes (bactéries).

• La définition bactériologique d’une espèce est basée sur la souche type et les souches suffisamment proches pour être incluses dans la même espèce.

• Cette définition repose sur des caractères morphologiques, tinctoriaux, trophiques, métaboliques, immunologiques et pathologiques.

• La classification biologique se base sur une hiérarchie taxonomique :

  • Espèce : Le groupe de micro-organismes présentant le plus grand nombre de caractéristiques semblables.
  • Genre : Un groupe d'espèces semblables.
  • Famille : Un groupe de genres semblables.
  • Ordre : Un groupe de familles semblables.
  • Classe : Un groupe d'ordres semblables.
  • Embranchement : Un groupe de classes semblables.
  • Règne : Tous les organismes de cette hiérarchie.

• Un exemple de structure hiérarchique des taxons est le suivant :

  • Règne: Bacteria
  • Embranchement: Proteobacteria
  • Classe: γ-Proteobactéries
  • Ordre: Enterobactériales
  • Famille: Enterobacteriaceae
  • Genre: Escherichia
  • Espèce: Escherichia coli

• La nomenclature binomiale est basée sur les règles du système binomial de Linné (1750).

• Le nom de chaque micro-organisme est formé de deux fragments: le nom du genre (avec une majuscule) et un qualificatif descriptif (en minuscule).

• Les deux termes sont en latin et s'écrivent toujours en italique, formant le nom scientifique de l'espèce.

Morphologie et Structure des Bactéries

• Une bactérie est un microorganisme unicellulaire de petite taille (micron) présentant des caractéristiques propres (procaryote).

• L'unité de mesure en microbiologie est le micromètre (µm).

• Les dimensions des bactéries sont variables. Le diamètre habituel se situe entre 0,5 et 1 µm, et la longueur entre 2 et 5 µm.

• Certaines bactéries sont très longues (100 µm de longueur et 1 à 2 µm de diamètre), tandis que les plus petites sont les mycoplasmes (0,1 à 0,3 µm).

• La forme des bactéries est un critère de classification, avec des formes variables : - Sphérique ou ovoïde: coques ou cocci - Allongée droite ou cylindrique: bacilles

  • Spiralée: spirilles (rigides ou relachées)
  • Incurvée (en virgule) : vibrions
  • Ovale (intermédiaire entre coque et bacille): coccobacille (ex: Brucella)

• Certaines espèces bactériennes présentent des modes de groupement cellulaires caractéristiques.

• Pour les cocci : isolées, en chaînettes (Streptocoques), regroupées deux à deux (diplocoques, Gonocoques), en tétrades ou en amas (Staphylocoques). pour les bacilles en chaine, en palissade, en Y

Ultrastructure de la Cellule Bactérienne

• Paroi bactérienne : présente au-dessus de la membrane cytoplasmique et en dessous de la capsule, enveloppe rigide caractéristique des procaryotes (exosquelette).

• Exclus les mycoplasmes, toutes les bactéries possèdent une paroi cellulaire.

• Son épaisseur varie entre 10 et 35 nm chez la plupart des bactéries. Elle assure une fonction de maintien de la forme et de perméabilité aux petites molécules. Elle permet également de supporter des antigènes.

• La paroi bactérienne est une enveloppe caractéristique des procaryotes. Elle est rigide, maintient la forme de la cellule, et est perméable à l'eau et aux petites molécules. La structure moléculaire du peptidoglycane comprend des osamines (N-acétylglucosamine et acide N-acétylmuramique). La paroi contient également des acides aminés et des acides teichoïques (uniquement chez les bactéries Gram+).

• Composant chimiques de la paroi bactérienne

  • Osamines: N-acétylglucosamine, acide N-acétylmuramique, galactosamine
  • Acides aminés, acides teichoïques
  • Lipides: Faibles quantitiés chez les Gram-

• La paroi bactérienne Gram- est une structure constante ou obligatoire

  • Une bicouche lipidique externe: Formée d'une bicouche dont la partie est phospholipide et la partie supérieur est constituée de lipopolysaccharide (LPS). Cette biche est liée à la couche du peptidoglycane par la lipoprotéine de Braun
    • Lipide A: disacharide de glucosamine phosphoryl et estérifié par des acides gras.
    • Partie centrale (core): oligosaccharide formé d'heptose, KDO (céto- désoxy -octanoïque
    • Chaine latérale O: répétition de 40 sous-unité tetra ou penta saccharidique tourné vers l'extérieur
  • Porines
    • Constituent 70% des protéines de la membrane externe
    • Transport passivement des molécules hyrophiles de PM< 600-700.
  • Les deux parois sont différentes mais comportent un polymère commun, partie la plus interne : peptidoglycane = mureine = mucopeptide = mucocomplexe

• La membrane cytoplasmique est un aspect trilamellaire située sous la paroi. Elle est une interface entre le cytoplasme et les structures externes.

  • Lipides (30 à 40%)
  • proteines (60 à 70%)
  • Glucides (constituants mineurs, glucose, glucosamine)
  • Absence de cholestérol = différence avec la cellule eucaryote
  • Fonctions de la membrane cytoplasmique
    • Respiration
    • Synthèse des lipides membranaires et lipopolysaccharides
    • Synthèse du peptidoglycane
    • Assemblage et excrétions des protéines extra cytoplasmiques
    • Perception des caractéristiques physiques de l'environnement
    • Transport actif et transport passif

• Les bactéries contiennent également plasmides (molécules d'ADN circulaire en double brin, capables de réplication autonome) et spores (uniquement chez Bacillus et Clostridium pour résister à des conditions défavorables).

  • Plasmides
    • Molécule d' ADN circulaire en double brin, indépendante de l'ADN chromosomique et capable de réplication autonome
  • Spores
    • Une spore = petite unité sphérique douée d'une extraordinaire résistance
    • spores bactériennes sont des endospores
    • Les spores se forment au sein de deux genres bactéries principaux: Bacillus, Clostridium Il est également important de comprendre la structure et le rôle de la capsule bactérienne, ainsi que les modes de déplacement par cils et flagelles.

Cytoplasme et Structures Intracytoplasmiques

• Le cytoplasme est un hydrogel colloïdal comprenant une phase dispersante (sels minéraux et composés solubles) et une phase dispersée (nucléoprotéines et lipides). Son pH est entre 7 et 7.2. Il contient ARN, ribosomes, substances de réserves et chromatophores.

Nutrition Bactérienne

• Les bactéries se nourrissent de substances organiques simples (acides aminés, glucides, acides gras, vitamines, hydrocarbures) et de certaines substances inorganiques (phosphates, soufre, nitrates).

• Les bactéries sécrètent des enzymes digestives pour absorber les constituants alimentaires complexes.

• Besoins nutritifs:

  • Besoins élémentaires: eau, source d'énergie, source de carbone, source d'azote, et éléments minéraux
  • Besoins spécifiques: facteurs de croissance (bactéries exigeantes)

• En fonction de leur source d'énergie, plusieurs catégories de bactéries

  • en lumière: phototrophes
  • oxydation d'un composé chimique: chimiotrophes.

• En fonction de leur source de carbone, les bactéries se divisent en :

  • Autotrophes: se développent en milieu inorganique, CO2 seule source de carbone
  • Hétérotrophes: exigent des composés organiques comme source de carbone.

• Les bactéries peuvent utiliser de l'azote moléculaire, des composés inorganiques (ammonium, sels d'ammonium, nitrites, nitrates) ou des sources organiques (groupements amines des composés organiques). Les facteurs physiques tels que la température et le pH influencent également la croissance.

Croissance Bactérienne

• La croissance des bactéries se traduit par une augmentation du nombre d'individus (multiplication cellulaire). Donc pour se multiplier, une bactérie doit être cultivée sur dans un milieu non renouvelanble

• La croissance s'accompagne d'une diminution des nutriments et d'une augmentation des déchets. Le cycle cellulaire bactérien se décompose en trois étapes: l'initiation, la réplication de l'ADN chromosomique et la division cellulaire. .

• Méthodes de mesure de la croissance :

  • Mesure du nombre
    • Compte un microscope: dénombrement direct
    • Dénombrement après culture : dénombrement indirect, permet de compter les bactéries viables et cultivables
  • Mesure de la biomasse
    • Mesure du trouble ou absorbance
    • Mesure du poids set

• Les courbes de croissance en milieu non renouvelé se composent de plusieurs phases:

  • Phase de latence: le taux de croissance est nul
  • Phase d'accélération: augmentation de la vitesse de croissance
  • Phase exponentielle: le taux de croissance atteint un maximum, influencé par les pH, température, et nature et la concentration des nutriments
  • Phase de ralentissement: la vitesse de croissance régresse
  • Phase stationnaire: taux de croissance nul
  • Phase de déclin: taux de croissance négatif, toutes les ressource sont épuisées

• Le taux de croissance et le temps de génération varient selon le type de micro-organisme