Introduction à la microbiologie PDF

Introduction à la microbiologie Dr Arsalane Lamiae Professeur de Bactériologie-Virologie. FMPM 1 La microbiologie est la science des formes de vies microscopiques. Une bactérie: Etre unicellulaire de petite taille (microorganisme) qui présente des...

Introduction à la microbiologie Dr Arsalane Lamiae Professeur de Bactériologie-Virologie. FMPM 1 La microbiologie est la science des formes de vies microscopiques. Une bactérie: Etre unicellulaire de petite taille (microorganisme) qui présente des caractéristiques propres (Procaryote). 1 micron (1µm) = 10-6m Taille : variable de 1µm à 10µm en général → les plus petites : 0.3-0.8µm (Chlamydia, Rickettsia) 2 Intérêt:  Rôle important dans plusieurs domaines (médical, agroalimentaire..)  Médecine: -Fabrication des vaccins, antibiotiques, enzymes … - Diagnostic et traitement des maladies infectieuses. 3  1- Historique Découverte du monde bactérien: début du 18ème siècle 4  1- Historique Rôle des microorganismes dans les maladies: 2ème partie du 19ème siècle. Robert koch Louis Pasteur 5  1- Historique Alexander Flemming (1928)= découverte de la pénicilline 2ème partie du 20ème, début du 21ème siècle: - Biologie moléculaire. - Maladies émergentes ou réémergentes. 6  2- Agents infectieux cellulaires non cellulaires - Prions Procaryotes Eucaryotes - Virus Bactéries - Protozoaires - Champignons microscopiques 7  3. Comparaison entre cellules Procaryotes et Eucaryotes. Cellules eucaryotes Cellules grandes Vrai noyau Ribosome 80S Présence de mitochondries, de réticulum endoplasmique … Pas de paroi ni structures annexes (flagelles…..) 8  3. Comparaison entre cellules Procaryotes et Eucaryotes. Cellules procaryotes Cellules petites ADN non entouré d'une membrane nucléaire Ribosome 70S Absence d’organites délimités par une membrane Présence de paroi et structures annexes 9  3. Comparaison entre cellules Procaryotes et Eucaryotes. Eucaryotes Procaryotes Cellules généralement grandes Cellules généralement petites (10-100 µm) (1-10 µm) Présence d'un vrai noyau, avec Chromosome (ADN) sans chromatine et membrane chromatine, non entouré d'une nucléaire membrane Division cellulaire par mitose Division cellulaire par scission classique binaire transversale Présence de réticulum Pas de réticulum endoplasmique endoplasmique et des ni de structures associées structures associées Présence de mitochondries, Pas d'organites intracellulaires appareil de Golgi Absence de paroi Présence de paroi 10  4- Taxonomie bactérienne La taxonomie bactérienne est la science qui permet de classer, de nommer et d’identifier rationnellement les organismes vivants en groupes d'affinité ou taxons sur la base de leurs propriétés. La classification décrit les taxons et les rapports qu’ils ont entre eux. La nomenclature réunis les règles permettant de nommer une bactérie. Elle est universelle. L’identification consiste à placer une bactérie dans un taxon. 11  4- Taxonomie bactérienne Classification Il n'existe pas de classification officielle des bactéries et la classification "la plus officielle" est celle adoptée par la majorité des bactériologistes. En revanche, il existe des règles gouvernant la nomenclature bactérienne et dont le respect conduit au concept de "nomenclature correcte". 12  4- Taxonomie bactérienne Nomenclature bactérienne Une souche est nommée en latin de son nom de genre, écrit avec une majuscule et du nom d’espèce, écrit en minuscule. L’ensemble du nom s’écrit sans accent, en italique ou souligné dans les textes dactylographiés ou manuscrits. Exemples : Neisseria meningitidis = méningocoque Streptococcus pneumoniae = pneumocoque 13  4- Taxonomie bactérienne A l’intérieur d’une espèce, il peut exister des variants qui se différencient de l’espèce-type par des caractères mineurs et stables mais n’entrant pas dans la définition de l’espèce. Il peut s’agir de caractères : Biochimiques définissant un biovar ou biotype. Antigéniques définissant un sérovar ou sérotype. Pathogéniques définissant un pathovar. De sensibilité aux antibiotiques définissant un antibiotype. 14 Cours 1: Structure bactérienne 15  Objectifs pédagogiques:  Détailler les éléments constants et inconstants de la structure bactérienne.  Comprendre les fonctions des composants bactériens.  Comprendre le rôle de chaque élément de la cellule bactérienne dans la physiopathologie des infections humaines. 16  Plan I- Méthodes d’étude de la cellule bactérienne II- Structure générale II-1. Structures obligatoires 1) Paroi 2) Membrane cytoplasmique 3) Cytoplasme 4) Chromosome 5) Ribosomes II-2. Structures facultatives 1) Capsule 2) Pili 3) Flagelles 4) Plasmides 5) Spores 17  I- Méthodes d’étude de la cellule bactérienne Compte tenu de leur taille (de l'ordre du micron), les bactéries sont visualisées par le microscope. Microscope optique à fond clair: L’objectif donne une image réelle agrandie de l’objet et cette image est observée à travers un oculaire qui l’agrandit une deuxième fois. Microscope optique à fond clair 18  I- Méthodes d’étude de la cellule bactérienne Microscope à contraste de phase utile pour observer les objets transparents comme les cellules vivantes. Il en donne une image sombre sur fond clair Microscope optique à contraste de phase 19  I- Méthodes d’étude de la cellule bactérienne Microscope à fond noir donne une image formée par la lumière réfléchie ou réfractée par l’objet qui apparait en clair sur fond sombre. Procédé utile pour observer les organismes très minces comme le tréponème de la syphilis. 20  I- Méthodes d’étude de la cellule bactérienne Microscope optique à fluorescence utisation d’un fluorochrome pour la mise en évidence de bactéries ou d’anticorps. inclusions de Chlamydia trachomatis 21  I- Méthodes d’étude de la cellule bactérienne Microscope électronique (ME): faisceau d’électrons accélérés dans un champ magnétique à la place de la lumière visible. surtout utilisé en virologie ou pour observer des détails de structure des cellules Pseudomonas bactériennes. aeruginosa au ME 22  Données fournies par la microscopie optique Après observation à l’état frais (EF): -Les bactéries: présence, abondance, mobilité éventuelle. -La cytologie: évaluation semi-quantitaive Hématies Leucocytes observées à l’EF observés à l’EF Obj: 40 Obj: 40 23  Données fournies par la microscopie optique Après colorations: réalisation d’un frottis mince, séchage, fixation et coloration. bleu de méthylène les cellules et les bactéries sont colorées en bleu 24  coloration au Maygrunwald Giemsa: MGG hématies leucocytes coloration de Ziehl-Neelsen spécifique des Mycobactéries. mise en évidence des Bacilles Acido- Alcoolo-Résistants = BAAR 25  Coloration de Gram 1er Colorant Cristal violet Fixateur Lugol Décolorant Décoloration Contre Colorant Safranine Bactéries à Gram positif Bactéries à Gram négatif 27 Autres données fournies par la coloration de Gram -La taille: s'exprime en micromètres (m) -La forme: sphérique, en bâtonnet, spiralée -L’arrangement ou le mode de groupement des bactéries. 28  Taille Globule rouge 7000 nm E.Coli 1300X4000 nm Virus de la grippe 85 nm Virus de la poliomyélite 27nm 29  Acinetobacter Forme Entérobactéries….. Bacillus Listéria Vibrio, Campylobacter 30 Forme 31 Forme et mode de groupement Streptococcus pneumoniae Streptococcus, Enterococcus et Lactococcus Staphylococcus Micrococcus 32  Plan I- Méthodes d’étude de la cellule bactérienne II- Structure générale II-1. Structures obligatoires 1) Paroi 2) Membrane cytoplasmique 3) Cytoplasme 4) Chromosome 5) Ribosomes II-2. Structures facultatives 1) Capsule 2) Pili 3) Flagelles 4) Plasmides 5) Spores 33  II- Structure générale Organisation de la cellule procaryote Pili sexuel II.1-Structures obligatoires: 1- Paroi bactérienne - enveloppe rigide située à l’extérieur de la membrane cytoplasmique - Présente chez toutes les espèces bactériennes à l'exception des Mycoplasmes. - Comporte un polymère commun : PEPTIDOGLYCANE. 35 II-1. Structures obligatoires: 1- Paroi bactérienne Propriétés de la paroi bactérienne Structure rigide (squelette externe) - Maintient la forme de la bactérie. -Protège la bactérie de l’extérieur, notamment des variations de pression osmotique. - Contrôle l’entrée de nutriments et le rejet des composés nocifs dans le milieu extérieur. - Se modifie pour permettre la croissance et la division cellulaire. - Cible d’activité de plusieurs antibiotiques. 36 II-1. Structures obligatoires: 1- Paroi bactérienne 1. 1- Peptidoglycane: Structure générale: N-acétylglucosamine N- acétylmuramique N-acétylglucosamine N- acétylmuramique L-R1 D-Glu D-Ala L-R3 L-R3 D-Ala D-Glu L-R1 N- acétylmuramique N-acétylglucosamine N- acétylmuramique N-acétylglucosamine 37 38  II-1. Structures obligatoires 1- Paroi bactérienne a- Paroi des bactéries à Acide lipoteichoique Acide teichoique Gram positif 1. Structure homogène et épaisse. Peptidoglycane o Peptidoglycane++ Espace périplasmique o traversée par des chaînes d’ acides Membrane plasmique teichoiques et lipoteichoiques, mais pauvre en lipides. 39 Composition des acides teichoiques: -Polymères de molécules de glycérol ou de ribitol jointes par des groupes phosphates. -Attachés à la membrane cytop= acides lipoteichoiques -Dans peptidoglycane = teichoique Rôle: maintenir la structure de la paroi. Présent uniquement chez les bactéries Gram+. 40  II-1. Structures obligatoires b- Paroi des bactéries Porine Lipoprotéine à Gram négatif: Lipopolysaccharide o Structure plus complexe. o Composition: Paroi - peptidoglycane, - la membrane Espace périplasmique et peptidoglycane externe, - l’espace périplasmique Membrane cytoplasmique 41 Structure obligatoire Paroi bactérienne 42  1-2-Membrane externe Composition: -Phospholipides (double couche). - Protéines : - porines : perméabilité - adhésines: fixation de la bactérie sur des supports. - protéines de liaison entre la membrane externe et le peptidoglycane. - Lipopolysaccharide (LPS). 43 44 Rôle dans la physiologie bactérienne de la membrane externe: Permet la diffusion des nutriments Empêche la pénétration de certaines grosses molécules Empêche la sortie d’enzymes périplasmiques Résistance aux facteurs de défense de l’organisme : lysozyme ; protéines leucocytaires toxiques Protège les entérobactéries du tube digestif contre les sels biliaires et les enzymes digestives 45 Intéret médical : -Contient l’endotoxine : en quantité importantechoc septiquemortalité élevée -Immunogène (antigène O) : diagnostic direct et indirect (salmonelles : sérotypage et sérodiagnostic) -Sensibilité aux antiseptiques (par sa nature essentiellement lipidique) -Sensibilité aux antibiotiques polypeptidiques (action sur la partie phospholipidique) -Site d’action de certains bactériophages 46  1-3-Espace périplasmique - Espace compris entre la membrane cytoplasmique et la membrane externe. - contient : * Peptidoglycane * Enzymes : - hydrolytiques ( nutrition ) - bétalactamases (synthèse du peptidoglycane). 47  Bactéries à Gram positif Bactéries à Gram négatif Aspect en microscopie Une couche épaisse et amorphe. Deux couches séparées par un électronique espace clair. Présence d'une membrane Non Oui externe Présence d'un espace oui Oui périplasmique Épais (10 à 80 nm), représente 40 Mince (2 à 6 nm), représente moins Peptidoglycane p. cent du poids sec, de 10 p. cent du poids sec, détermine la morphologie détermine la morphologie bactérienne. bactérienne. Acides teichoïques Présents Absents Possible : liaisons covalentes avec Fréquente Présence de protéines le peptidoglycane, rôle éventuel dans le pouvoir pathogène, rôle éventuel dans l'antigénicité spécifique. Présence de polysaccharides Possible : antigènes spécifiques Possible de groupe pour certaines espèces Lipopolysaccharides Absents Présents 48 II-Structures obligatoires: 2- Membrane cytoplasmique 49  II-Structures obligatoires: 2- Membrane cytoplasmique Fonctions:  Barrière perméable sélective.  Enzymes : respiratoires ou impliquées dans la production d’énergie= Rôle métabolique majeur.  Molécules réceptrices spéciales.  Cible de substances antibactériennes : antiseptiques, antibiotiques. 50  II-Structures obligatoires: 3- Cytoplasme Le cytoplasme est un hydrogel colloïdal avec une phase dispersante composée de protéines et de sels minéraux et une phase dispersée formée de ribosomes, de diverses inclusions et parfois de magnétosomes (structures permettant aux bactéries de s'orienter dans le champ magnétique). 51  II-Structures obligatoires: 4- Chromosome Composition: - Pas de membrane nucléaire - Filament unique d’ADN. bicaténaire. circulaire. surenroulé Situé Dans le cytoplasme, dans une région appelée nucléoïde. 52 53 II-Structures obligatoires: 5- Ribosomes - Localisation: Cytoplasme. -Organisés en polysomes. -Formés de deux sous unités (50S et 30s). - Constante de sédimentation de 70S ( 80S chez les eucaryotes). 54  II-Structures obligatoires: 5- Ribosomes Lieu de traduction du message génétique en protéines. 55  III-Structures facultatives: 1- Polysaccharides de surface 1-1-Capsule -Facilement mise en évidence par coloration ( Gram, encre de chine..) (ex: S.pneumoniae). 56  Propriétés de la capsule * virulence= protège la bactérie de la phagocytose. * antigénique - antigénique= antigène K → formation d’anticorps protecteurs → utilisation des polymères capsulaires purifiés comme base de certains vaccins : Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae. * peut se trouver à l'état soluble dans les liquides de l'organisme → emploi dans le diagnostic = recherche d'antigènes solubles. 57 * intervient dans l'identification spécifique du sérotype = typage = une des méthodes d’investigation des épidémies. * des mutations peuvent affecter sa production : les bactéries sauvages capsulées donnent des colonies lisses (S pour « smooth ») ou muqueuses, tandis que les bactéries mutantes non capsulées donnent des colonies rugueuses (R pour « rough »). Colonies muqueuses de S. pneumoniae 58 1-2- Glycocalyx Feutrage de fibres polysaccharidiques = structure réticulée lâche => Difficile à mettre en évidence Si quantité importante: SLIME 59  III- Structures facultatives: 2- Pili 2-1- Les pili communs -Structure fibrillaire protéique (piline et adhésine), -Régulièrement disposés à la surface -Chez les bactéries à Gram – Pili communs 60  III-Structures facultatives: 2- Pili 2-1- Les pili communs Facteurs de pathogénicité : Adhésion aux cellules eucaryotes (la colonisation des muqueuses). Protection contre la phagocytose (gonocoque). Sites de fixation de certains bactériophages. 61  III-Structures facultatives: 2- Pili 2-2- Les pili sexuels peu nombreux (1 à 4) longs, creux, extrémité distale renflée. codés par des gènes plasmidiques (facteur F). Pili sexuels Rôle dans la conjugaison bactérienne : rapprochement des 2 bactéries avec contact cellulaire 62 étroit.  III-Structures facultatives: 3- Flagelles 4 types de ciliature *A: monotriche : 1 seul flagelle polaire (déplacement en flèche) Pseudomonas aeruginosa * B: lophotriche : plusieurs flagelles polaires (déplacement flèchant + oscillant) Stenotrophomonas maltophilia 63  III-Structures facultatives: 3- Flagelles * C: amphitriche : 1 flagelle à chaque pôle (déplacement oscillant) * D: péritriche : flagelles entourant la bie (déplacement fléchant hélicoïdal) -Entérobactéries (E. coli, Proteus,…) -les spirochètes ont un flagelle interne dénommé filament axial 64  III- Structures facultatives: 4- Les plasmides -ADN bicaténaires, -généralement circulaires, -extra-chromosomiques, -doués de réplication autonome (réplicon) et transmissibles de façon stable à la descendance. -meilleure adaptation au milieu environnant: plasmides de fertilité, de résistance, de métabolisme.. 66  III- Structures facultatives: 5- Les spores Composition: - Forme de résistance= forme de survie de certaines bactéries, métaboliquement inactive et non pathogène / forme végétative métaboliquement active et potentiellement pathogène. 67  III- Structures facultatives: 5- Les spores la sporulation = forme végétative → spore Temps : 6 à 8 heures à 37°C pour Bacillus subtilis. Conditions : déclenchée par des modifications de l'environnement tel l’épuisement en matières nutritives. Etapes : déshydratation progressive du cytoplasme, densification des structures nucléaires et synthèse d'une paroi sporale épaisse et imperméable, donc hautement résistante (chaleur). 68  III- Structures facultatives: 5- Les spores La spore intra-bactérienne ou endospore est libérée dans le milieu extérieur et y survit des années. Propriétés de la spore : Résistance à la chaleur, aux radiations, au temps, aux fortes pressions. La germination = spore → forme végétative quand conditions redevenues favorables (nutritives, thermiques et chimiques). 69  Selon sa situation à l'intérieur de la cellule, la spore peut être : * ronde ou ovale * centrale, subterminale ou terminale * déformante ou non ↔ intérêt taxonomique +++ ex : B. anthracis( spore ovale, centrale) C.tetani (spore non déformante ovale, terminale, déformante) * Intérêt médical +++ * botulisme (conserves familiales) * tétanos ( plaies souillées de terre) * charbon 70  Conclusion - La structure bactérienne comporte des éléments obligatoires (paroi, membrane cytoplasmique, chromosome, ribosomes) et facultatifs (capsule, pili, flagelles et plasmides). - Base de la classification bactérienne. - Compréhension des mécanismes physiopathologiques et du mode d’action des bactéries. 71