cours 2.pptx

1,1 : Les bactéries (procaryotes ) Étymologie Structure et organisation; reproduction et évolution Flore normale Toxines et résistances Les procaryotes Préfixe pro- Latin pour «Vient avant» Suffixe –karyon Grec pour «noyau» Cellule procaryote : unicellulaire, sans noyau ni orga...

1,1 : Les bactéries (procaryotes ) Étymologie Structure et organisation; reproduction et évolution Flore normale Toxines et résistances Les procaryotes Préfixe pro- Latin pour «Vient avant» Suffixe –karyon Grec pour «noyau» Cellule procaryote : unicellulaire, sans noyau ni organite …sauf une seule exception : cyanobactéries (ou «algues» bleues); un organite spécial (thylakoïde) Regroupe les bactéries et les archées (une forme de vie sans noyau vivant souvent en milieux extrêmes (lacs salins, cheminées volcaniques de fond marin, etc.) À date, il y a peu de données sur des archées pathogènes; elles ne sont pas au sujet du cours. Les bactéries Les bactéries sont un domaine des procaryotes qui représente une quantité énorme de microorganismes unicellulaires connus … et une quantité estimée bien plus grande qui n’est pas connue! Les bactéries sont un domaine extrêmement diversifié; se rappeler de ne pas les considérer comme un seul bloc uniforme! On ne considèrerait pas un humain comme étant similaire à un crapaud; utilisez la même approche envers les bactéries! Le microbiome terrestre est donc largement inexploré! Microbiome : ensemble des microorganismes (incluant les bactéries) dans l’environnement Microbiote : ensemble des microorganismes dans un environnement restreint (ex : microbiote intestinal) Intérêts commerciaux et industriels des bactéries Production d’antibiotiques et de molécules bioactives : Streptomycine Tétracycline Toutes produites par le genre Streptomyces Chloramphénicol Enzymes de toutes sortes Fermentations lactiques (choucroutes, kimchi, kombucha, bières, vins…) Biopesticides Biométhanisation «Flore» ou Microbiote naturel humain Il y a des trillions de bactéries dans un corps humain normal Elles représentent entre 1% et 3% de la masse de votre corps! La très grande majorité de ces bactéries participent au maintien d’une bonne santé, ne causant pratiquement jamais d’infections On peut être porteur sain de souches pathogènes, comme C. difficile https://www.leem.org/le-microbiote Structures d’une bactérie fictive Fimbriae Paroi cellulaire Flagelle Plasmide Nucléoïde Ribosome Membrane cytoplasmique  Fonction des structures Fimbriae : Adhérence et transfert génétique horizontal (pilus «sexuel») Flagelle : déplacement dans le milieu (pas toutes les bactéries); Paroi cellulaire : maintien de la forme et protection osmotique; faite de peptides Membrane cytoplasmique : membrane lipidique aux rôles multiples; limite physique de la cellule, transport des nutriments, excrétion des déchets, métabolisme transmembranaire, etc.; Ribosomes : traduction des protéines; Nucléoïde : Contient l’ADN de la bactérie, souvent sous forme diffuse ou encore d’un seul chromosome circulaire; Plasmide : séquence relativement petite d’ADN circulaire contenant un ou plusieurs gènes d’intérêt pour une bactérie. Peut être transféré lors d’un transfert génétique horizontal. Gram- et Gram+: Sous-division des bactéries en deux catégories Chez les Gram-, on retrouve des bactéries pathogènes du genre Escherichia, Pseudomonas, Helicobacter et les cyanobactéries. Leur membrane externe contient des «lipopolysaccharides» qui sont souvent impliqués dans les infections. Chez les Gram+, on retrouve des bactéries pathogènes du genre Staphylococcus, Listeria, Streptococcus ainsi que Clostridium. Leur paroi peut être une protection contre - ou une cible pour – les Par Moon rabbit 365 — Travail personnel, CC BY-SA 4.0, antibiotiques. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=63943597 Gram- et Gram+: Sous-division des bactéries en deux catégories Gram- Gram+ Contient deux membranes cellulaires Paroi cellulaire épaisse et rigide séparées par un large espace composée de plusieurs couches périplasmique de peptidoglycanes Une ou deux couches de Peu ou pas d’espace peptidoglycanes forment la paroi cellulaire dans l’espace périplasmique périplasmique (espace entre la Nutriments et molécules sont souvent paroi et la membrane) transportés à travers la membrane Nutriments et molécules passent à externe et parfois traités dans l’espace travers la paroi et traversent la périplasmique membrane Reproduction Les bactéries (et généralement les procaryotes) se reproduisent exclusivement de manière asexuée, principalement par un processus nommé scissiparité Chaque génération génère donc deux copies identiques (ou presque) de la cellule-mère Comme dans toute copie, des erreurs (mutations spontanées) peuvent se glisser et contribuer à l’évolution de l’espèce Les copies, selon le type de bactérie, vont se détacher ou s’intégrer dans des structures contenant plusieurs cellules bactériennes. L’ADN du nucléoïde se duplique, puis se déplace aux extrémités de la cellule avant la division. By Y tambe, svg version by Ninjatacoshell - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6557 5012  ADN et évolution Au fil des réplications, des mutations peuvent apparaître dans l’ADN des bactéries. Souvent, elles n’auront aucun effet ou un effet mineur. L’accumulation de mutations peut donner une bactérie légèrement différente, à la longue. Lorsqu’un stress ou un changement d’environnement a lieu, certaines mutations seront défavorables à la survie et nuiront à la reproduction de la bactérie; d’autres seront avantageuses, et cette bactérie sera mieux adaptée pour la reproduction Considérant que l’intervalle entre deux générations bactériennes peut être aussi court que 20 minutes, le phénomène de sélection naturelle est habituellement très rapide chez les bactéries, tant que le stress évolutif n’est pas trop intense, ou trop long dans le temps.  Résistances aux antimicrobiens; résistance innée et acquise La résistance à un antibiotique indique un effet réduit ou nul d’une molécule antibactérienne face à une bactérie en particulier. Elle peut être présente chez une bactérie de deux façons : Résistance innée : la bactérie résiste à l’antibiotique en question car la cible de l’antibiotique est différente, protégée ou absente sur la bactérie. On pourrait penser à la résistance innée de la plupart des bactéries Gram- à la pénicilline, qui cible les paroi de peptidoglycanes des bactéries à Gram+. La bactérie pourrait également modifier, détruire ou éjecter l’antibiotique naturellement. Résistance acquise : apparaît à la suite d’une sélection forcée de mutants résistants suivant une exposition modérée ou trop douce à un antibiotique (ex : traitement arrêté avant la fin, dosage sous- évalué). Comme la ou les souches mutantes qui survivent sont résistantes, ce sont elles qui se reproduisent et passent leur résistance à de nouvelles générations. Alternativement, résistance obtenue via un gène sur un plasmide. «Transfert génétique horizontal» Même si les bactéries ne se reproduisent que de façon asexuée, certaines ont tout de même un outil pour faire de l’échange de matériel génétique. Cet échange se nomme «transfert génétique horizontal» puisque le transfert se fait au sein d’une même génération, et non au fil de celles-ci (transfert «vertical»). Cet échange est seulement possible via un pilus «sexuel» qui connecte deux bactéries. Le matériel génétique échangé est de petite taille et peut contenir des résistances ou des gènes de toxine, par exemple. Impetigo – Maladie causée par Staphylococcus aureus Infection courante chez l’enfant Elle commence par l’apparition de boutons remplis de pus puis après éclatement voit l’apparition de croûtes orangées. Dû a une bactérie Gram + Contagieux Traitement avec crème antibiotique topique (molécule : la rétapamuline) ou acide fusidique Facteurs de risques : être exposé à des températures très élevées ou à une forte humidité; avoir l’habitude de se lécher les lèvres et leur pourtour; être atteint d’une maladie de la peau, comme l’eczéma ou le psoriasis; avoir un système immunitaire affaibli, notamment par une maladie (ex. : diabète ou VIH/sida) ou par certains médicaments (ex. : cortisone ou agents de chimiothérapie).  Rappel Les bactéries sont des microorganismes procaryotes (sans noyau) et sans organites (sauf les cyanobactéries, qui possèdent un organite pour la photosynthèse). Il existe une énorme diversité bactérienne, dont la plupart n’est pas pathogène. Des milliards de bactéries font partie de notre «flore» normale, et participent à notre santé On sépare souvent les bactéries en deux types : Gram+ : Large paroi de peptidoglycane (jusqu’à 90% de la membrane externe). Gram- : Mince couche de peptidoglycane (10% et moins) et espace périplasmique notable. La paroi de peptidoglycane sert de protection contre les chocs osmotiques.  Rappel (suite) Les bactéries se reproduisent exclusivement de façon asexuée, par scissiparité (ou sporulation*) Il existe une méthode pour partager des gènes via un «pilus sexuel» (transfert horizontal de gènes), mais ce n’est pas de la reproduction en soi. Chaque génération ajoute des minuscules erreurs dans la copie de l’ADN parental; ces erreurs s’accumulent et peuvent générer des mutants. C’est l’accumulation de mutations et le transfert horizontal qui représentent l’évolution des bactéries, dont les mutants les plus vigoureux sont sélectionnés selon différents facteurs de stress. La résistance aux antimicrobiens peut être innée ou acquise par l’évolution; elle peut aussi être acquise via un gène de résistance sur un plasmide, par exemple.  Exotoxines et pathogénicité Les exotoxines sont des toxines principalement associées aux bactéries à Gram+ ; les bactéries à Gram- en produisent parfois aussi. Ce sont notamment elles qui causent des maladies. Elle sont des protéines relâchées dans l’environnement qui aident la bactérie à obtenir des nutriments ou à se protéger. Par exemple : La toxine shiga des souches pathogènes de E. coli (Gram-) sert possiblement à extraire le fer (nutriment essentiel et rare) de nos cellules, en perforant nos capillaires et lysant nos globules rouges. La toxine diphtérique sert également à causer la mort cellulaire, cette fois en inhibant la synthèse des protéines. Les cellules mortes sont lysées et la bactérie peut facilement accéder à son contenu interne. Nous reparlerons des types d’exotoxines et de leurs effets lors du module 3  Endotoxines et pathogénicité Les endotoxines sont exclusivement associées au Gram- car elles sont liées aux lipopolysaccharides des membranes externes de celles-ci. Ces toxines sont relâchées lors de la mort des cellules bactériennes, alors que la membrane est détruite. Elles peuvent causer d’importants dégâts lors des infections et des traitements. Nous reparlerons des endotoxines au module 3. Par Mike Jones — Travail personnel, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curi d=10422301  Survie et sporulation (endospores) Les bactéries à Gram+ possèdent une stratégie de survie pratiquement absente chez les Gram- (à quelques exceptions près) : la formation d’endo-spores. Les endospores ne sont pas des «spores» reproductives au même titre que celles des champignons et de plusieurs végétaux sans fleurs : Les spores fongiques et végétales sont des structures servant principalement à la reproduction; Les endospores bactériennes sont des structures de survie au stress. L’endospore est une version «réduite» et protégée de la bactérie qui peut survivre à des conditions environnementales extrêmes  Endospores (suite) L’endospore représente en quelque sorte un «backup» de la bactérie à utiliser en cas de stress trop intense. Elle se produit via une forme de scissiparité, mais engloutie par la cellule-mère (d’où le «endo-»). Les endospores peuvent survivre longtemps après la destruction de la cellule-mère, et «renaître» quand l’environnement est plus favorable : Elles résistent à l’ébullition, parfois pendant plusieurs heures; Elles résistent à la dessication, à la salinité et «au passage du temps». Des spores vieilles de plus de 100 000 ans ont été réactivées! Les endospores résistent également souvent aux traitements médicaux et aux antibiotiques; un grand enjeu en santé! Le genre Clostridium est d’ailleurs infâme pour sa capacité de survie. By TinaEnviro - Light microscope imaging, CC BY- SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curi d=25618835  Autoclavage et stérilisation Le seul moyen de se débarrasser définitivement des bactéries est la stérilisation (nous en reparlerons dans le module 2). La façon la plus commune de stériliser une substance est l’autoclavage (le passage dans un autoclave). Aucune forme de vie connue ne survit à un autoclavage. Une vapeur d’eau surchauffée et à haute pression permet de détruire même les endospores les plus résistantes, rendant le contenu de l’autoclave 100% stérile (ne contient aucune forme de vie). By Foto Studio Wiegand - Template:Frank Wiegand, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=50 690000 Formes communes de bactéries, organisation multicellulaire et nomenclature Les bactéries sont aujourd’hui classées par leur génome; on dispose de tellement de ressources informatiques qu’on accumule les nouveaux génomes plus vite qu’on ne peut les analyser! Historiquement, cependant, les bactéries étaient souvent classées et nommées en fonction de leur apparence (ou, souvent, de leur découvreur). Les bactéries sont unicellulaires, mais s’arrangent souvent en structures contenant plusieurs bactéries. Ces structures sont souvent utilisées pour les nommer également. Ces formes et organisations sont souvent mentionnées pour décrire plusieurs sortes de bactéries; elles vous serviront également pour vos observation au laboratoire.  Exemples – formes et organisations Coques : rondes et circulaires Bacilles : allongées et ovoïdes Spirilles : torsadées, en tire-bouchon Vibrions : bacille courbée, «macaroni» Par Y tambe — Travail personnel, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?cu rid=234683 Exemples - organisations multicellulaires Chaînes (strepto-) Diades ; tétrades Grappes (staphylo-) Pseudo-hyphes (strepto-mycètes)  Coloration de Gram (sujet du laboratoire 1) En 1884, Hans Christian Gram (un Danois) met au point un procédé qui va devenir standard en étude des bactéries : la coloration de Gram. Il remarque que la teinture de cristal violet se lie aux membranes de certaines bactéries mais pas à d’autres; on saura plus tard que cette teinture se lie aux parois de peptidoglycanes exposées (Gram+) Pour colorer les autres bactéries (Gram-) il utilise une teinture rose qui est moins foncée que le cristal violet et ne fera donc apparaître que les Gram-. La coloration permet une observation plus facile des bactéries au microscope et une classification rapide de leur nature. Par Y tambe (original uploader) — Travail personnel, Par Y_tambe — Travail personnel, CC BY-SA 3.0, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curi https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4 d=49533 9528