Microbiologie : Définitions et Méthodes Clés

Agents Antimicrobiens et Résistance aux Antibiotiques

• Les agents antimicrobiens sont des substances qui tuent (microbicides) ou ralentissent (microbiostatiques) la croissance des micro-organismes.
• Les bactéries ont une activité antibactérienne, les mycètes ont une activité antifongique, les virus ont une activité antivirale, et les parasites ont une activité antiparasitaire.
• Un agent antimicrobien en médecine est une substance chimique utilisée pour traiter une maladie causée par un micro-organisme et détruit l'agent pathogène sans endommager les tissus de l'organisme.
• L'utilisation d'agents antimicrobiens aide à contrôler la présence et la croissance de microbes dans des environnements indésirables, et fournit des données sur leur mode d'action, les résistances développées, et le métabolisme microbien.

Définitions

• La stérilisation est le processus par lequel toutes les cellules vivantes, ainsi que leurs formes (spores), sont détruites ou éliminées, et l'objet stérile est totalement exempt de micro-organismes, de spores, virus ou autres agents infectieux viables.
• Un agent stérilisant est un agent chimique permettant la stérilisation.
• La désinfection est la destruction, l'inhibition ou l'élimination des micro-organismes potentiellement pathogènes, réduisant substantiellement la population microbienne totale, mais ne stérilise pas.
• Les formes de vie peuvent être substituées (endospores bactériennes).
• Les agents désinfectants sont généralement des agents chimiques appliqués sur des objets inertes.
• L'asepsie est l'ensemble des mesures pour empêcher tout apport exogène de micro-organismes (contamination).
• La stérilisation et la désinfection sont des moyens de réaliser l'asepsie.
• Un milieu contenant des micro-organismes est qualifié de septique.
• Un produit septique (non stérile) contient des micro-organismes.
• L'antisepsie est le procédé pour l'inhibition ou la destruction des micro-organismes pathogènes au contact des tissus vivants.
• Les agents antiseptiques sont moins toxiques que les désinfectants et leur utilisation reste externe.
• Les agents chimiothérapeutiques sont des agents chimiques antimicrobiens utilisés dans le traitement des maladies infectieuses comme des antibiotiques et antiviraux.

Action Antimicrobienne

• Le rôle des agents antimicrobiens est d'éliminer les micro-organismes, en les détruisant ou en inhibant leur croissance.
• Les substances destructrices sont désignées par le suffixe -cide (du latin coedere, qui signifie tuer).
• Un germicide détruit les germes mais pas nécessairement les endospores et son action est létale.
• L'action antagoniste des germicides en fonction de la catégorie de micro-organismes ciblés est désignée par les termes :
• Bactéricide: agent qui tue les bactéries,
• Sporicide ou sporulicide: agent qui tue les spores bactériennes (endospores),
• Fongicide: agent qui tue les champignons (y compris leurs spores mais ces spores ne présentent pas les mêmes propriétés de résistance que celles des endospores bactériennes),
• Algicide: agent qui tue les algues,
• Viricide ou virulicide : agent qui inactive les virus.
• D'autres substances inhibent la croissance et empêchent le développement des micro-organismes (traitement de stabilisation).
• Leurs noms se terminent par le suffixe -statique (du grec statikos, qui signifie arrêter) par exemple: biostatique (bactériostatiques, fongistatiques).
• Bactériostatique: agent qui inhibe la croissance bactérienne.
• Fongistatique : agent qui inhibe le développement mycélien.
• Certains agents présentent ces deux modes d'action en fonction des doses.

Spectre d'Activité

• Le spectre d'activité d'un agent antimicrobien est la liste des espèces vis-à-vis desquelles, un agent exerce son pouvoir microbicide ou microbiostatique.
• Les désinfectants et les antiseptiques ont un spectre très large, mais les antibiotiques ont un spectre beaucoup plus étroit, par exemple, la pénicilline G n'agit que sur les bactéries à Gram positif.

Temps de Réduction Décimal (D)

• Le temps de réduction décimal est le temps nécessaire pour réduire d'une puissance de 10 le nombre de micro-organismes.
• La contamination initiale est divisée par 10 chaque fois que l'opération de destruction en cours est prolongée d'un temps D.

Efficacité

• L'efficacité d'un agent antimicrobien varie selon l'intensité pour les agents physiques, et la concentration, la stabilité chimique ainsi que la solubilité pour les agents chimiques, le temps de contact et la température.

Agents Antimicrobiens Physiques

• La plupart des germes bactériens sous leur forme végétative sont détruits dans de l'eau bouillante.
• Les procédés classiques de stérilisation par la chaleur sont l'autoclavage à 120°C (destruction des spores), la tyndallisation (destruction des spores sans altération des produits fragiles) et les pasteurisations: basse, haute et Ultra Haute Température (UHT).
• Ce sont des procédés de stérilisation à la chaleur humide.

Chaleur Humide

• Il est réalisé en autoclave, qui est un outil de stérilisation par la chaleur humide sous pression.
• L'autoclave est constitué d'une enceinte métallique hermétiquement close dans laquelle l'eau est chauffée sous pression (1 bar) pour faire agir la vapeur d'eau saturée.
• La stérilisation est obtenue par dénaturation des protéines, après un chauffage à 121°C pendant 15 à 20 minutes.
• La température utilisée est inférieure à celle utilisée en chaleur sèche et la saturation de l'atmosphère en eau permet la stérilisation de milieux liquides sans évaporation.
• Il est déconseillé de stériliser par autoclavages les liquides albumineux, le lait, les solutions concentrées de glucides, la gélatine et toute autre solution facilement hydrolysable.
• La Tyndallisation consiste à chauffer un milieu à 60-70°C pendant 30-60 minutes trois fois consécutives avec un intervalle de 24 heures entre chaque chauffage.
• Ainsi, certains milieux ne supportant pas l'autoclavage peuvent être stérilisés par tyndallisation.
• La dormance des spores thermorésistantes est levée au cours du premier chauffage et les cellules végétatives issues de la germination de ces spores sont détruites lors des traitements suivants.
• Cette méthode est utilisée pour les milieux fragiles contenant le sérum ou toute substance thermosensible de forte viscosité qui ne peut être stérilisée par autoclavage ou par filtration.
• La pasteurisation est une méthode de conservation découverte par Louis Pasteur, où un chauffage modéré permet la destruction des germes pathogènes fréquemment présents dans le lait ou ses dérivés, les jus de fruits.
• La pasteurisation a l'avantage de laisser intactes les vitamines présentes dans le produit traité, qui conserve également ses caractères organoleptiques (couleur, odeur, saveur).
• Les types de pasteurisation :
• Basse température: 60-70°C plusieurs minutes.
• Haute température: 90°C durant 30 secondes puis refroidissement à 10 °C.
• Ultra-haute température (UHT): 140°C pendant quelques secondes puis refroidissement brutal.
• La pasteurisation est utilisée pour les milieux de cultures comme pour les aliments.

Chaleur Sèche

• Certains matériels ne peuvent pas être stérilisés par la chaleur humide et sont stérilisés par la chaleur sèche.
• La méthode du Bec Bunsen est utilisée pour la stérilisation extemporanée du matériel de manipulation (fils de platine, extérieurs et extrémités des pipettes Pasteur ou graduées, col des tubes à essais, des flacons et des fioles, ouverture de récipients, spatules).
• Il se produit à sa surface une destruction totale des matières organiques.
• Le four PASTEUR est utilisé pour la stérilisation à sec (par l'air chaude) de la verrerie vide, objets en porcelaine, seringues métalliques, les aiguilles, les pièces de métal.
• Le matériel à stériliser, propre et parfaitement sec, bouché au coton et éventuellement emballé dans du papier solide (papier Kraft ou papier journal) assure la mort des micro-organismes par dénaturation des protéines après un chauffage à 180 °C pendant 30 minutes (160°C/2 heures).
• L'incinération est utilisée pour les objets non récupérables combustibles à usage unique.
• La conservation des denrées alimentaires est assurée par l'abaissement de la température, soit en la laissant positive (réfrigération) soit en la passant dans la zone négative (congélation ou surgélation).
• La réfrigération et la congélation doivent être appliquées à des aliments sains de façon précoce et continue.
• Le barème de stérilisation D est le temps nécessaire pour réduire d'une puissance de 10 le nombre de micro-organismes.
• L'inactivation thermique (z) est l'accroissement de température nécessaire pour réduire D à 1/10.
• Afin d'obtenir une destruction satisfaisante des micro-organismes, les conditions assurant l'élimination des spores résistantes doivent être réalisées,
• Les spores de Clostridium botulinum présentent un temps de réduction décimale D à 121 °C de 0,204 min.

Radiations

• Les rayonnements UV sont produits par un tube en quartz à vapeur de mercure et ceux proches de 260 nm sont léthales mais pénètrent peu le verre ou l'eau.
• Les lampes germicides ou stérilampes sont utilisées pour la stérilisation des surfaces et de l'air ambiant, et ces rayonnements provoquent des mutations au niveau du génome, inhibant ainsi les processus biochimiques.
• Les rayonnements ionisants RX et Ry pénètrent profondément la matière et sont utilisés pour la stérilisation industrielles des boites de Pétri, des pipettes et des flacons en matières plastiques.
• Les radiations y d'une source de cobalt 60 stérilisent à froid des antibiotiques, hormones ou objets plastiques à usage unique.
• Il existe trois types de radiations ionisantes sont :
• Raddappertisation: Destruction de tous les micro-organismes vivants (20 à 50 kGy (kilo Gray)).
• Radication: Destruction de tous les micro-organismes pathogènes non sporulants (10 kGy).
• Radurisation: Réduction de la charge microbienne sans altération du produit.

Pression, Filtration et Centrifugation

• Les ultrapressions sont capables de détruire les micro-organismes, et le traitement d'aliments à 4000 bars permet de réduire leur teneur en micro-organismes.
• Des techniques de pascalisation associent l'action de la température à celle des hautes pressions.
• La filtration est une méthode pour réduire la population microbienne de substances thermosensibles, elle utilise des filtres épais et des membranes filtrantes.
• Les membranes filtrantes sont composées d'acétate de cellulose, de polycarbonates etc, et sont poreuses avec des diamètres spécifiques qui peuvent mesurer 0,22 µm pour les petites bactéries.
• La Bactofugation consiste à centrifuger le lait pour éliminer la plus grande partie des micro-organismes à l'aide d'appareils permettant une accélération de l'ordre de 5000g.
• La Bactofugation est utilisé en complément de la pasteurisation.

Agents Antimicrobiens Chimiques

• Les agents chimiques décrits ont une application sur les objets inertes, ils sont des agents désinfectants.
• S'ils ont une application sur les tissus vivants, ils sont des agents antiseptiques.
• Ce sont des substances chimiques dont action toxique sur les micro-organismes ou les cellules des tissus s'exprime par la coagulation structurale et la dénaturation des enzymes essentielles.
• Les désinfectants et les antiseptiques sont souvent un même composé, utilisé selon le cas, à des concentrations différentes. Les solutions les plus diluées étant antiseptiques et les plus concentrées désinfectantes.

Oxydants

• Les agents oxydants oxydent les groupements thiols (SH) libres des enzymes et les altèrent irréversiblement.
• L'eau oxygénée (H2O2) est un désinfectant des plaies, mais sa décomposition rapide limite son efficacité.
• Le chlore, sous forme de gaz ou de diverses combinaisons chimiques (hypochlorites et chloramines), le désinfectant de choix pour l'eau de distribution et les piscines, également employé dans les industries alimentaires
• L'iode, peu soluble dans l'eau, est utilisé en solution dans l'alcool (teintures d'iode) ou sous forme d'iodure de sodium ou de potassium afin de permettre la désinfection de la peau (antisepsie préopératoire) et des plaies superficielles mais il peut entraîner des brûlures.

Savons et Détergents Synthétiques

• Les savons sont des sels sodiques ou potassiques d'acide gras de poids moléculaire élevé et leur actions mécaniques réduisent les forces de tension superficielle.
• Les détergents (ou surfactants), classés en trois catégories (anioniques, cationiques, non ioniques) sont des composés à pouvoir mouillant.
• Les plus efficaces sont les sels d'ammonium quaternaires. Ils agissent par adsorption, détruisant la membrane plasmique et inactivant les enzymes respiratoires.

Autres Agents Chimiques

• Les alcools (Éthanol et l'isopropanol utilisés en solution (70%)) sont des désinfectants et antiseptiques largement utilisés.
• Les ions de métaux lourds comme le mercure, l'argent, l'arsenic, le zinc et le cuivre inactivent les enzymes des bactéries et des cellules de l'hôte, ce qui explique leur toxicité.
• Les composés phénoliques inhibent les systèmes enzymatiques ou découplent les réactions énergétiques.
• Le formaldéhyde et le glutaraldéhyde détruisent les virus, les bactéries et les champignons par dénaturation des protéines et des acides nucléiques.
• Les agents antimicrobiens chimiques doivent être actifs contre une large gamme d'agents infectieux et doivent êtres non toxiques pour les êtres vivants.

Agents Chimiothérapeutiques

• Les agents chimiothérapeutiques sont des agents chimiques d'origine microbienne ou de synthèse.
• Leur usage interne est possible en raison de leur toxicité sélective et leurs spectres d'activité peuvent être étroits ou larges.
• La chimiothérapie est l'usage de substances chimiques pour le traitement des maladies dans les maladies infectieuses.
• L'action bactériostatique de certains micro-organismes envers d'autres avait été observée en 1877 par Louis Pasteur.
• Alexander Fleming (1881 - 1955) constate que la culture en boîte de Pétri de staphylocoques est inhibée par la présence de moisissures du genre Penicillium et propose que le champignon secrétait une substance chimique bactériostatique, utilisable en thérapeutique humaine qui correspondra à la pénicilline.
• Les Streptococcus et Bacillus (Bacitracine, Polymyxines) produisent des antibiotiques.

Définition

• Les antibiotiques sont des substances chimiques produites par des micro-organismes ou par synthèse capables d'inhiber développement et détruire les bactéries et d'autres micro-organismes.

Classification

• La classification des antibiotiques peut se faire selon :
• Origine : naturelle synthétique ou semi-synthétique.
• Structure chimique : variable basée sur une structure de base sur laquelle il y a hémi-synthèse.
• Mode d'action : action sur paroi, membrane cytoplasmique, la synthèse des protéines /des acides nucléiques.
• Spectre d'activité : qui est la liste des espèces sur lesquelles les antibiotiques sont actifs.

Familles d'Antibiotiques

• La famille des béta-lactamines inhibent la synthèse de la paroi bactérienne. Exemples: pénicilline, céphalosporine ou céphamycine.
• La famille des aminosides interfèrent avec le ribosome. Exemples: streptomycine, gentamycine, tobramycine, kanamycine ou néomycine.
• La famille des sulfamides bloquent les voies du métabolisme. Exemple: sulfadiazine.
• Les macrolides bloquent la sous-unité 50S du ribosome procaryote. Exemple: érythromycine.
• La famille des quinolones empêchent la réplication de l'ADN bactérien. Exemple: acide nalidixique ou norfloxacine.
• Les glycopeptides inhibent la formation de la paroi bactérienne.

Antibiotiques Bactériostatiques

• Phénicols, Exemple: chloramphénicol, Tétracyclines tel que tétracycline, chlortétracycline ou oxytétéracycline. Les tétracyclines inhibent la fixation des ARN de transfert sur le complexe ribosome-ARN messager et perturbent la traduction.
• La cible des antibiotiques au niveau de la paroi bactérienne est un constituant indispensable à la bactérie : le peptidoglycane qui est en perpétuel remaniement est un équilibre fragile synthétisée par certaines protéines.

Paroi Bactérienne

• Les ẞ-lactamines (pénicillines, céphalosporines) forment une famille d'antibiotiques caractérisée par la présence d'un noyau ẞ-lactamine.
• Ces molécules inhibent l'activité synthétique au niveau des protéines au sein de l'équilibre entre lyse et synthèse du peptidoglycane est alors rompu.

Glycopeptides

• Ils agissent en inhibant synthèse de la paroi bactérienne et en bloquant synthèse de l'aminoacyl-D-alanyl-D-alanine.
• Ils sont administrés sur prescription uniquement pour des infections systémiques graves à gram positif résistantes aux autres béta-lactamines.

Fosfomycine, Macrolides

• La fosfomycine agit en inhibant la synthèse peptidoglycane.
• Les macrolides agissent sur ribosome en bloquant la sous unité 50S du ribosome procaryote ce qui induit à une mauvaise translocation et une mauvaise formation de liaisons peptidiques.
• Les antibiotiques peuvent également inhiber la réplication de l'ADN.
• L'activité des fluroquinolones est expliquée par la formation d'un complexe ternaire irréversible quinolone-ADN-gyrase.

Antifongiques

• Les antifongiques sont aux champignons ce que les antibiotiques sont aux bactéries.
• Ce sont donc des agents chimiothérapeutiques utilisés pour lutter contre les infections locales ou profondes à champignons microscopiques appelées mycoses.

Mécanisme d'Actions des Antifongiques

• Les antifongiques agissent principalement au niveau de la membrane cellulaire des champignons en rompant l'intégrité de la cellule et entraînent leur mort (action fongicide).
• Soit en bloquant la division cellulaire, arrêtant ainsi la reproduction des champignons (action fongistatique).
• Échinocandines comme la caspofungine pour les aspergilloses sévères.
• Amphotéricine B est un antifongique efficace sur la plupart des champignons pathogènes utilisé pour traiter des mycoses systémiques profondes comme aspergilloses et candidoses.
• La Flucytosine est un antimétabolite efficace contre deslevures tel que la cryptococcose.
• Les antifongiques azolés représentent une classe hétérogène.
• Ce sont le kétoconazole, le fluconazole, l'itraconazole et le voriconazole.

Antiviraux

• Les agents antiviraux sont des substances chimiques capable de lutter contre les virus de diverses manières.L'usage d'antiviraux est relativement récent.
• Les agents antiviraux se répartissent en agent virucides et en agents virostatiques.
• Cependant, il existe diverses substances antivirales qui agissent de différentes manières, elles sont classées selon leurs cibles au cours du cycle de multiplication des virus.
• Actuellement les antiviraux utilisés en médecine sont tous des agents virostatiques.
• Les molécules antivirales peuvent agir au niveau des étapes précoces, des étapes de réplication du génome (la majorité des molécules) et étapes tardives de maturation /libération.
• Soit l'immunomodulation qui module la réponse immunitaire, ou soit inhibition de la réplication en bloquant une ou plusieurs étapes du cycle de multiplication viral.
• L'Amantadine est utilisée contre le virus A de la grippe. Le traitement de l’herpès viral est l'Aciclovir et l'AZT contre VIH. La résistance a atteint 250,000 de morts en en 1 année à cause du médicament traitant la tuberculose.

Historique de la résistance aux antibiotiques

• Des médecins se sont retrouvés dans des situations d'impasse thérapeutique face à certains patients, aucun antibiotique n'ayant plus le moindre effet sur leur infection.
• Les bactéries résistantes et les gènes de résistances peuvent se transmettre entre l'être humain, les animaux et l'environnement, par contact direct, mais aussi par l'eau ou les aliments.

Types d'Antibiorésistance

• La résistance aux antibiotiques est phénomène accéléré causé par l'abus de ces substances.
• La résistance antibiotique à pour plus grave effet de diminuer l'efficacité du médicament .
• La résistance d'une bactérie peut être naturelle, acquise la plupart des souches d'une espèce et variable dans le temps.

Mécanismes de Résistances

• L'imperméabilité bactérienne est impliquée dans la résistance naturelle des bacilles à Gram négatif et la modification de la cible de l'antibiotique entraine une perte d'activité de celui-ci.
• Un 3eme mécanisme est l'inactivation enzymatique de la molécule avec par exemples la resistance l'inactivatiion aux Béta lactamases.

Propagation de la résistance

• La consommation, dissémination des antibiotiques et bactérie résistantes ce fait surtout dans trois secteurs.
  • L'élevage, l'environnement et en santé humaine.

Lutte Contre L'Antibiorésistances

• La vaccination est la cœur de la résistance contre l'antibiogramme.

Antibiogramme

• Il faut en premier éviter de prescrire l'antibiotique au personnes.

Définition

• L'antibiogramme est une techniques phénotypique permettant de caractériser sensible (S), intermédiaire (I) ou résistantes.

But de la Standardisation

• Dépister rapidement et correctement les souches bactériennes résistantes aux antibiotiques et diminuer les coûts.

Technique d'Ensemencement

• L’ensemencement doit suivre 15 minutes après l’inoculum.

Control Technique d'Antibiogramme

• Le control de qualite permet la précision et fiabilité de l'antibiogramme Les agents antimicrobiens sont des substances qui tuent