Introduction à la microbiologie - Diapositives PDF

La microbiologie Une micro introduction [email protected] Faculty of Medicine Department of Microbiology Structure et supports du cours : Cours 1 : Survol de la microbiologie et de son histoire Cours 2 : Bactériologie et viro...

La microbiologie Une micro introduction [email protected] Faculty of Medicine Department of Microbiology Structure et supports du cours : Cours 1 : Survol de la microbiologie et de son histoire Cours 2 : Bactériologie et virologie Cours 3 : Parasitologie et mycologie Mes notes et diapos pdf sur Moodle Forum : Lieu d’échange multidirectionnel Répétitoire : Réponses à questions ouvertes et du forum Questions types / révision sur Pingo But du cours : Se familiariser avec les microorganismes Saisir l’importance des microorganismes qui nous aident ou menacent Examen : 1 question par 2h de cours, basée sur l’information donnée pendant le cours en rapport aux diapositives 2  Introduction générale et historique à la microbiologie 1. Une vue générale des microorganismes 2. La diversité des microorganismes 3. La découverte et l’observation des microorganismes 4. Les microorganismes et les maladies 5. La lutte contre les microorganismes 6. Les microorganismes, pas si mauvais 3 1. Une vue d’ensemble 4  Microbiologie = étude des microorganismes Du Grec ancient μῑκρος ‘petit', βίος ‘vie', and -λογία ‘étude’ est l’étude des microorganismes unicellulaires (libres ou en colonie) ou acellulaires 1 millimètre = 1 mm = 10-3 m 1 micromètre = 1 µm = 10-6 m 1 nanomètre = 1 nm = 10-9 m La bactérie Escherichia coli mesure environ 1 µm en longueur 5 Différents microbes et plusieurs ordres de grandeur Virus Procaryotes Eucaryotes 20 nm à 1 µm Virus 100 nm à 5 µm Bactéries 5 µm à 0,5 mm Unicellulaires  Les microbes sont essentiels à la vie sur notre planète Biomasse microbienne Les microbes nous aident Une infime minorité des microbes - Protection contre des pathogènes pathogènes nous menace - Stimulation du système immunitaire - Effet direct de la réplication - Production de substances importantes - Production de substances toxiques - Biotechnologies - Dérégulations du système - Bioremédiation immunitaire etc. On estime le nombre de bactéries sur terre à 1030 7 et encore plus nombreux, les virus ! Vous êtes ici 8 Nous avons évolué dans un monde rendu habitable par les microorganismes Apparition d’organes Apparition d’organelles Débuts de la vie Vous êtes ici ! sur terre Humains Organismes multicellulaires Eucaryotes Procaryotes 3.8 milliards 2 milliards 1 milliard 200’000 années ? Grande oxydation, apparition d’oxygène, grâce aux cyanobactéries Spiruline  Principales causes de décès dans le monde Environ 15 millions des 57 millions de décès annuels (>25%) sont dus directement à des maladies infectieuses J Clin Invest. 2009;119(9):2452-2454. doi:10.1172/JCI40662. - Certains cancers provoqués par des microorganismes ne sont pas inclus ici HPV (human papilloma virus) – un virus Helicobacter pylori – une bactérie - Ceci ne tient pas compte de l’influence de notre microbiote (microorganismes qui nous habitent) sur notre santé générale Obésité, diabète 10  Trois maladies importantes LeLeCOVID-19 SIDA La tuberculose Le paludisme Virus de l'immunodéficience SARS-CoV-2 humaine Mycobacterium tuberculosis Plasmodium falciparum 630 millions ~6,9 000 morts de (2022) morts 1,6 millions de morts (2021) 619 000 morts (2021) 39 millions des personnes 770 millions de cas confirmés 10,6 millions de cas (2021) 247 millions de cas (2020) vivent avec le SIDA depuis 2020et 1,3 million ont contracté le SIDA (2022) 11  Le triangle de notre santé Microbes Génétique Environnement 12 2. Une idée de la diversité des microorganismes 13  La microbiologie traite des « microbes » Les virus Les archées Les bactéries Acellulaires Unicellulaires Unicellulaires Acides nucléiques Procaryotes Procaryotes + coque protéique Bactérioses Viroses Pas pathogènes Intoxications  La microbiologie traite des « microbes » Mycètes Les protistes Les algues Eucaryotes Eucaryotes Eucaryotes Unicellulaires ou Unicellulaires ou Unicellulaires pluricellulaires pluricellulaires Mycoses Peu d’infections Parasitoses Intoxications Intoxications 15  Certaines cellules possèdent un noyau et des organelles Procaryotes Eucaryotes Bactéries et archées Ribosome Reticulum endoplasmique Pilus Mitochondrie granuleux Inclusion Membrane plasmique Cytoplasme Cytoplasme Glycocalix Ribosome Lyzosome Nucléoïde (ADN) Capsule Paroi Membrane Plasmide plasmique Noyau Fimbriae Flagelles Reticulum endoplasmique Nucléole lisse Chromatine Ribosome libre Envelope nucléaire Appareil de Golgi Centriole Les organismes sans noyau Les organismes avec un noyau L’ADN est dans le cytoplasme L’ADN est contenu dans un noyau Les organelles (mitochondries, chloroplastes etc) sont entourées de membranes 16 Classification des êtres vivants selon le système des 3 domaines 17  1977: Un troisième domaine de vie Carl Woese a séquencé les gènes codant pour l’ARN ribosomal et a trouvé que les procaryotes étaient fondamentalement divisés en deux. Procaryote Paroi avec peptidoglycane Aujourd’hui on sait que les archées ne possèdent pas de noyau, mais leur information génétique est plus proche de celle des eucaryotes Procaryote Paroi sans peptidoglycane 18 Time for a change: Norman R. Pace Nature 441, page 289 (2006)  Des procaryotes aux eucaryotes Les mitochondries et les chloroplastes: Organelles eucaryotes d’origine procaryote Les mitochondries possèdent un système d’expression de gènes similaire aux bactéries => la traduction mitochondriale est sensible aux antibiotiques qui inhibent la traduction chez les bactéries ! Formation d’un noyau par repliement de la Cyanobactérie photosynthétique membrane plasmique Bactérie aérobe On pense que les mitochondries sont des descendants des bactéries similaires aux Rickettsies (des intracellulaires obligatoires) alors que les chloroplastes seraient dérivés 19 des cyanobactéries qui font de la photosynthèse. 3. La découverte et l’observation des microorganismes 20  1546 - Hieronymus Fracastoro et le concept de l’épidémiologie Médecin et poète italien qui s’est intéressé à la syphilis Origine de la maladie: organismes invisibles et transmissibles, les Seminarina contigionis qu’on pourrait traduire par les semences Propose trois modes de transmission : Contact direct Transmission indirecte, ex par l’air ou objets Attirance du mal par le corps Une bactérie Treponema pallidum http://www.medarus.org/Medecins/MedecinsTextes/fracastor.html 21  1854 - John Snow, « le père de l’épidémiologie » A Londres, les cas de choléra étaient tous situés autour de la même pompe à eau Maisons avec des personnes mortes du choléra http://blog.rtwilson.com/john-snows-famous-cholera-analysis-data-in-modern-gis-formats/ Sans connaître l’origine bactérienne du choléra, il détermine la source du malheur. 30 ans avant la découverte de la bactérie Vibrio cholerae par Robert Koch en 1884 ! 22  1858 - Florence Nightingale, « la mère de l’épidémiologie » 10 fois plus de soldats mourraient du typhus, du choléra et de la dysenterie qu’au combat !  Lien statistique entre conditions sanitaires déplorables et ces maladies  Réorganisation entière de l’armée britannique ! Am J Public Health. 2010 September; 100(9): 1591. 23  L'épidémiologie Science qui étudie la transmission, l’incidence (nombre de nouveaux cas pour une période donnée) et la prévalence (nombre total des cas dans une population sur une période donnée) des maladies Exemple ici, de maladies infectieuses et agents pathogènes à déclaration obligatoire à l’Office fédéral de la Santé Publique (OFSP) Epidémie : augmentation de cas en rapport au temps, l’endroit, et le nombre. Exemple: épidémies de choléra (une bactérie), ébola (un virus) Pandémie : distribution large d’une épidémie, qui peut atteindre plusieurs continents. Exemple: pandémies de la grippe, du COVID-19 (des virus)… Endémie : présence habituelle d'une maladie dans une région ou une population Exemple : paludisme (un parasite) et tuberculose (une bactérie) 24 Pour en savoir plus D’autres exemples plus récents Surprise… Je t’ai caché quelques Salmonella enterica Serovar typhimurium 1676 - Antoine van Leeuwenhoek et le premier microscope 26 Les microscopes simples aujourd’hui 10 micromètres Gamète du parasite du paludisme 27  Les microscopes à fluorescence à super résolution Avant Tubuline ADN Après Résolution ~50 nanomètres  La microscopie électronique Résolution de l’ordre du nanomètre Avec traitement des images, résolution de l’ordre de l’angström (10-10 m) Les photons sont remplacées par des électrons Le matériel n’est plus vivant 29  Les tailles Cellule eucaryote Une bactérie,Treponema pallidum Microscopie optique à fluorescence Un adenovirus Tortora et al., 3.2 30  Les méthodes de classification et d’identification des microorganismes - Caractères morphologiques => forme par microscopie - Caractères tinctoriaux => couleur par microscopie optique après coloration - Les épreuves sérologiques => les conséquences sur l’hôte (détection d’anticorps) - Bases nucléotidiques, protéines etc => La composition (antigène, ADN) - Les épreuves biochimiques => les métabolites que produit un microorganisme … - La combinaison de plusieurs méthodes de classification Des exemples seront vus dans les cours suivants 31 4. Les microorganismes et les maladies 32 Les épidémies/pandémies à travers les âges + endémies paludisme tuberculose … + “pandémies silencieuses” Maladies nosocomiales Bactéries résistantes 33 Les maladies infectieuses: purification et culture du pathogène Etude de la tuberculose (Mycobacterium tuberculosis, Bacille de Koch) Robert Koch (1843-1910)  Les maladies infectieuses: isolement du pathogène Du bouillon liquide à la gélose solide Fanny Hesse – la mère des cultures bactériennes sur gélose (1850-1934) 35  Les maladies infectieuses: les postulats de Koch (1884) 1. Un même agent pathogène doit être présent chez chacun des individus atteints de la maladie et absent d’individus sains 2. On doit pouvoir isoler l’agent pathogène chez l’hôte malade ou mort et en obtenir une culture pure 3. L’agent pathogène extrait de la culture pure doit provoquer la même maladie si on l’injecte à un hôte sain et réceptif 4. On doit pouvoir isoler en culture pure l’agent pathogène de l’animal inoculé et démontrer qu’il s’agit du même pathogène 36  D’après vos connaissances empiriques, est-ce que cette règle s’applique aux microbes ou aux maladies infectieuses suivantes ? Une pneumonie Streptocoque du groupe A (une bactérie) Le paludisme (maladie causée par un parasite) La variole (maladie causée par un virus) https://pingo.coactum.de/989780 37  Toute règle a ses exceptions ! 1. Des microorganismes différents peuvent causer les mêmes types de symptômes Pneumonie, méningites, péritonites… 2. Un même microorganisme peut causer différents états pathologiques Mycobacterium tuberculosis, Streptococcus pyogenes… 3. Certains microorganismes ne peuvent pas être cultivés en culture pure Virus, parasites, certaines bactéries… 4. Problème de considération éthique pour les microorganismes n’infectant que l’humain 5. Il existe des porteurs sains pathogènes opportunistes par exemple 38  Les commensaux et les opportunistes Les commensaux « habitent » sur/dans un hôte et en profitent, sans lui faire du mal Les opportunistes sont des microorganismes de la flore normale (souvent présents). Ils causent des maladies (parfois graves) quand l’hôte «montre une faiblesse ». Staphylococcus aureus - Le staphylocoque doré Portage nasal asymptomatique 20% à 30% de la population Un opportuniste redouté à l’hôpital : Risque d'infection prosthétique de 3,2% à 5,7% avec un taux de mortalité de 30% à 80% dans les 5 ans après l’opération La présence du microorganisme opportuniste ne signifie pas une infection 39  Une vision plus générale – les maillons de la chaine épidémiologique Age, malnutrition, stress, maladies Hôte réceptif chroniques, déficits immunitaires, environnement, microbiote Muqueuses voies Portes de sortie Portes d’entrée respiratoire, gastro- Virus Généralement intestinales, urogénitales Bactéries liées aux portes Conjonctive, Peau Mycètes d’entrées Voie parentérale ou Parasites placentaire Contact direct ou indirect Gouttelettes Êtres humains Aérosols Animaux Vecteur Environnement 40 Ingestion Contagiosité (R0) et mortalité R0 dépend: - Du mode de transmission - Du nombre de particules transmises - Stabilité dans l’environnement - Durée de l’infection - Sévérité de l’infection… 41 5. La lutte contre les microorganismes 42  Question Pingo Vous êtes maire de Londres et une épidémie de choléra se développe à travers toute la ville, quelles mesures pouvez-vous prendre ? Retirer les manivelles de toutes les pompes à eau Promouvoir le lavage des mains en distribuant du gel hydroalcoolique Distribuer des bouteilles d’eau à la population Vérifier le fonctionnement du système de traitement des eaux usées Vérifier vos stocks d’antibiotiques actifs contre Vibrio cholerae Considérer l’utilisation d’un vaccin qui est disponible mais à l’efficacité limitée Imposer le port du masque FFP2 Vérifier vos stocks en sels de réhydratation https://pingo.coactum.de/989780 43  L’hygiène des mains : Ignaz Philipp Semmelweis La fièvre puerpérale (du latin : puer, enfant) est causée par des streptocoques (bactéries) qui survient après un accouchement ou une fausse couche Juin 1847 Ceci est devenu une pratique indispensable dans nos hôpitaux La démonstration de l’efficacité: A- sans désinfection B- lavage au savon C- après désinfection avec de l’alcool 44 1865 - Pasteur réfutation de la génération spontanée et la stérilisation Pas de formation d’un organisme à partir de matière organique Destruction ou élimination de toutes formes d’organismes et de virus d’un milieu 45  Stérilisation : Elimination totale de tous les microorganismes, par la chaleur, vapeur, irradiation, produit chimiques etc. Pasteurisation : Réchauffement à 68-88°C pour une courte période déterminée, suivie d’un rafraichissement rapide pour sauvegarder les valeurs alimentaires. Permet de réduire (pas éliminer) la charge bactérienne jusqu’à 100’000 fois. L’incroyable retour de la bactérie, 50 ans plus tard Le lait pasteurisé a permis de réduire Tuberculose bovine en Suisse à zéro les cas de tuberculose | Samedi, 10. août 2013 dues à Mycobacterium bovis ! Pas d’inquiétude, tout est sous contrôle ! Pour en savoir plus: Feuille d’explication de Office fédéral de la santé publique OFSP de 2013 sur M. bovis 46 https://www.blv.admin.ch/blv/fr/home/tiere/tierseuchen/uebersicht-seuchen/alle-tierseuchen/tb.html 1880 - Joseph Lister, l’asepsie et l’antisepsie Asepsie : Ensemble des mesures de contrôle antimicrobien destinées à empêcher tout apport de microorganismes exogènes Traitement des instruments de chirurgie avec du phénol 47  Un spray de phénol était même utilisé sur les patients ! Antisepsie : Opération destinée à détruire ou à inactiver des microorganismes sur des tissus vivants. https://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_Lister Le phénol est fortement corrosif pour les organismes vivants. Une solution aqueuse à 1 % suffit à provoquer des irritations sévères. Les brûlures au phénol sont très douloureuses et longues à guérir. De plus, elles peuvent être suivies de complications graves pouvant mener à la mort de par la toxicité de ce composé et sa capacité à pénétrer dans l’organisme en traversant la peau. 48  1796 – Jenner et le vaccin contre la variole Maladie virale Variole, transmission humain- humain Cowpox, virus similaire chez les bovins Maladie éradiquée depuis 1977 grâce à un programme de vaccination de l’OMS Le 14 mai 1796, en Angleterre, un médecin de campagne, Edward Jenner, pratique sur un enfant la première vaccination. 49  Concept de la protection croisée Vaccine - cowpox Variole - smallpox Réservoir du virus animal humain 50 https://en.wikipedia.org/wiki/Cowpox https://en.wikipedia.org/wiki/Smallpox  Pasteur et les vaccins atténués 1880 : méthode de l'atténuation de la virulence des microbes 1881 : les vaccinations par des agents atténués le choléra des poules, Pasteurella le charbon (anthrax), vaccination de moutons 1880-1885 : la rage Il applique le 6 juillet 1885, à Joseph Meister un vaccin obtenu par atténuation en cultivant le virus à répétition dans la moelle Atténuation obtenue par passages successifs dans des cultures de cellules ou embryons -> le virus se réplique mieux, mais accumule des mutations dans des gènes de virulence 51  Le dessous de la préparation antigénique… Bouteille avec moelle épinière de lapin pour cultiver le virus de la rage 52 http://daredart.blogspot.ch/p/albert-edelfelt-portrait-de-louis.html Il existe trois principes généraux pour développer un vaccin Une préparation antigénique provoquant une réponse immunitaire dirigée contre un agent pathogène spécifique Utilisation d’un microbe en Exposition d’antigènes Uniquement une partie du entier (protéines, sucres etc) qui matériel génétique qui code activent le système pour des antigènes immunitaire 53 Il existe différentes approches pour les microbes entiers Vaccin inactivé Vaccin vivant atténué Vaccin à vecteur viral ou à protection croisée 54  Peut-on éradiquer une maladie ? Le réservoir infectieux est un paramètre important pour l’éradication d’une maladie. Il a été possible d’éradiquer la variole et il sera possible d’éradiquer la poliomyélite, parce que le réservoir de ces virus est l’humain uniquement. Jeune fille atteinte de Un enfant atteint de poliomyélite Est-ce que c’est possible? variole en 1973 http://fr.wikipedia.org/wiki/Variole http://www.polioeradication.org/ pour la grippe? Réservoir animal ! pour le choléra? Réservoir environnemental ! pour la syphilis? Réservoir humain ! pour le VIH? Réservoir humain ! pour le paludisme? Réservoir humain ! 55  1854 – 1915, Paul Ehrlich et la chimiothérapie Le principe: cibler le pathogène …. plutôt que d’intoxiquer Paul Ehrlich cherchait une substance chimique le patient ….. qui tuait selectivement les pathogènes. ▪ En 1904 il découvre le Trypan, active contre certains trypanosomes (parasite) responsables Title page illustration from Venus Belegert en Ontset... (1685) by de la maladie du sommeil the Dutch physician, Steven Blanckaert (1650-1702). Physicians are pictured using a variety of methods to expose syphilitic patients to the healing effects of mercury. ▪ En 1910 est commercialisé le salvarsan pour le traitement de la Syphilis (causée par une 56 bactérie, Treponema) http://faculty.humanities.uci.edu/bjbecker/PlaguesandPeople/lecture9.html  Sir Alexander Fleming et la pénicilline - 1928 Producteur d’antibiotiques: Penicillium notatum – un champignon Il y a aussi des bactéries productrices d’antibiotiques 57  Les mécanismes d’action des antibiotiques Ciblent des processus biologiques de la bactérie qui sont suffisamment différents de l’hôte pour n’affecter que la bactérie Inhibition de Inhibition de la la synthèse Inhibition de la synthèse d’acide de la paroi Déstabilisation de Inhibition de synthèse de nucléique la membrane voies protéines métaboliques Les antibiotiques ciblent les bactéries mais le principe de spécificité reste le même pour les anti-viraux, les anti-parasitaires et les anti-fongiques Nous verrons les détails dans les cours suivants 58  Mais tout n’est pas si rose… Problème de toxicité de certains antibiotiques, antiviraux, antifongiques ou antiparasitaires Apparitions de résistances et multirésistances aux molécules Echappement vaccinal Peu de vaccins contre les parasites Maladies émergentes ou ré-émergentes 5. Les microorganismes, pas forcément mauvais… 60  Pasteur (1854-57) : la fermentation Fermentation : métabolisme de sucres en absence d’oxygène Fermentation éthylique (levure) : Glucose -> éthanol et énergie (ATP) http://www.cavedegeneve.ch Fermentation lactique (lactobacille) : Glucose -> acide lactique et énergie (ATP) 61  Le microbiote C’est l'ensemble des microorganismes vivant dans un environnement spécifique Par exemple, le microbiote intestinal normal peut être inoffensif ou bénéfique: - Empêche la prolifération d’organismes nuisibles - Produit des substances utiles (vitamines) - Participe au développement du système immunitaire - Facilite la digestion Mais tout déséquilibre peut entraîner des maladies 62  Les microorganismes et le “bien être” des humains - Traitement des eaux usées - Biorestauration - Luttes contre des nuisibles en agriculture - Biotechnologies : Production de substances (vaccins, insuline…) Thérapie génique (dystrophie musculaire de Duchenne…) Cas9 (voir prochain cours) 63  Objectifs d’apprentissage généraux A la fin de ce cours, vous devrez être capable de discuter : L'histoire de la microbiologie et des maladies infectieuses La classification et la description des microorganismes Les maladies ou les bienfaits associés aux microbes Les moyens de lutte contre les maladies infectieuses en général 64  Merci! https://pingo.coactum.de/989780 65