Complément de cours de microbiologie PDF

# Complément de cours de microbiologie ## Faculté Polydisciplinaire de Beni Mellal ## Sommaire ### Introduction générale ### Chapitre 1: Monde microbien - I- Historique - II- Période contemporaine - III-Les différents types de microorganismes - IV- Domaine et intérêt de la microbiologie. ### Cha...

# Complément de cours de microbiologie ## Faculté Polydisciplinaire de Beni Mellal ## Sommaire ### Introduction générale ### Chapitre 1: Monde microbien - I- Historique - II- Période contemporaine - III-Les différents types de microorganismes - IV- Domaine et intérêt de la microbiologie. ### Chapitre 2: Structure de la cellule procaryote - I- Morphologie cellulaire. - II- Structure et organisation de la cellule procaryote - III- Comparaison entre cellule procaryote et eucaryote ### Chapitre 3: Taxonomie Bactérienne - I- Place des microorganismes dans le monde vivant. - II- Classification biologique contemporaine - III- Classification des monères (protistes procaryotes) - IV- Taxonomie bactérienne.. ### Chapitre 4: Métabolisme et nutrition bactériens - I- Métabolisme énergétique et types respiratoires. - II- Source de carbone - III- Source d'azote. - IV- Besoins en ions minéraux - V- Facteurs physico-chimiques. ### Chapitre 5 : La croissance bactérienne - I- Mesure de la croissance bactérienne. - II- Paramètres cinétiques de la croissance. - III- Facteurs influençant la croissance bactérienne ### Chapitre 6: Eléments de génétique bactérienne - I- Mutation. - II- Transferts génétique ### Chapitre 7: Eléments de virologie - I- Bacteriophage - II- Le cycle de multiplication des phages. - III- Virus d'eucaryotes - IV- Prions et viroïdes ## Pr. A. Barguigua ## Introduction générale La microbiologie est une sous-discipline de la biologie qui a pour but l'étude qualitative et quantitative des micro-organismes généralement de très petite taille de l'ordre de micromètre et ne peuvent être observé en détail que grâce au microscope. Les microorganismes constituent un ensemble important et diversifié d'organismes microscopiques capable de vivre dans la plupart des cas en entité unicellulaire et certains cas en amas pluricellulaire. Ils se distinguent de cellules animales ou végétales par le fait qu'ils sont capables d'effectuer leur cycle vital, de produire l'énergie et de se reproduire indépendamment des autres cellules. La microbiologie regroupe l'étude des bactéries, celle des virus, celle des champignons microscopiques et celle des levures. Elle étudie également : - La morphologie, le fonctionnement et le métabolisme de ces microorganismes ; - La diversité, l'évolution et la distribution dans la nature; - Les interactions entre les micro-organismes eux-mêmes et les micro-organismes entre les autres êtres vivants (corps humain, les animaux et les plantes); - Les paramètres physico-chimiques qui interviennent sur l'environnement naturel des microorganismes. Les micro-organismes constituent un matériel de choix pour l'étude de phénomène de la vie. En effet, ils possèdent de nombreuse similitude avec cellules des organismes pluricellulaires. Par exemple, le mode d'utilisation du glucose est la même chez les bactéries, les protozoaires, les levures et les cellules musculaires. De plus, les microorganismes peuvent se développer à de forte densité dans une culture en laboratoire et sont donc utilisés pour les études de biochimie et génétique. La microbiologie s'intéresse à de nombreux problèmes en médecine, agriculture et industrie. Les plus importantes maladies humaines, animales et végétales causées par des microorganismes. Cependant ceux-ci jouent également un rôle important dans la fertilité des sols et l'élevage d'animaux domestiques. De plus, ils sont impliqués dans de nombreux processus industriels et biotechnologiques comme la production d'antibiotiques ou des protéines humaines ## Pr. A. Barguigua ## I-1-3- Débat sur la génération spontanée La découverte d'un monde d'organismes invisibles à l'œil nu fait renaître un grand débat sur l'origine de la vie. D'où viennent ces microorganismes? Pendant très longtemps. Les gens crurent à la génération spontanée (biogenèse), les organismes vivants pouvant se développer à partir de matière non vivante ou en décomposition. Depuis le XVIII siècle, partisans et adversaires de la génération spontanée cherchent à réaliser des expériences décisives à l'appui de leur opinion. Les partisans de cette théorie soutiennent que, quand le contact avec l'air fait apparaître sur certaines substances des êtres vivants microscopiques, cette vie tient son origine non pas d'une vie préexistante mais d'un pouvoir génésique de l'air. Pour les adversaires de la génération spontanée, l'air amène la vie sur ces substances non par une propriété génésique mais parce qu'il véhicule des germes d'êtres vivants. En 1768, L'Italien Spallanzani faisait bouillir des solutions nutritives à base de bœuf durant 45 minutes dans des flacons avant de les sceller hermétiquement. Aucun trouble n'apparaissait à moins de desceller les flacons. Ces expériences prétendent que l'air transportait les germes et était nécessaire au développement des micro-organismes déjà présents. Ces expériences n'ont pas convaincu les partisans de la génération spontanée. En 1836, Theodor Schwann et Franz Schultze modifient l'expérience de Spallanzani: Schwann fait passer l'air dans un serpentin chauffé au rouge avant de l'envoyer dans la solution nutritive stérile. Schulze fait passer l'air dans une solution acide avant de l'envoyer dans le bouillon nutritif stérile. Dans les deux cas aucun microbe n'apparaît dans la solution nutritive. Mais les partisans de la génération spontanée n'étaient toujours pas convaincus. Ils prétendent que l'acide et la chaleur avaient modifié l'air. Vers 1850, Schröeder et Von Dusch ont fait une expérience plus convaincante en faisant passer l'air dans des tubes remplis de coton. Le coton retenait les microorganismes de l'air et aucun microbe ne s'est développé (Figure 2). ## Pr. A. Barguigua ## En 1893, le médecin anglais George Tyndall donna un coup final à la génération spontanée, en démontrant que la poussière portait réellement les germes et que la poussière était absente, le flacon de bouillon restait stérile même s'il était exposé directement à l'air. Il montra également l'existence des formes d'endospores bactériennes résistantes à la chaleur: Bacillus subtilis (bactérie du foin). Il constata aussi qu'un milieu contenant des bactéries sporogènes peut être efficacement stérilisé s'il est porté à température modérée à plusieurs reprises ce qui a pour conséquence de tuer les formes végétatives thermosensibles elles (les formes en phase de reproduction). C'est le principe de stérilisation appelé Tyndallisation encore utilisée de nos jours. ## I-1-4-Le rôle des microorganismes dans les maladies ### Établissement de la relation entre micro-organismes et maladies Avant même que les microbiologistes ne prouvent expérimentalement le rôle joué par les microorganismes dans les maladies, beaucoup d'observations ont été faites dans ce domaine : - 1546, on suggérait que les maladies pouvaient être provoquées par des organismes trop petits pour être vu et sont transmis d'une personne à une autre ; - 1762. on prétendait que différents microorganismes provoquaient des maladies différentes; - 1843, on suggérait que la fièvre puerpérale, infection que contractait la femme après l'accouchement, était contagieuse et causée par des microorganismes transportés d'une patiente à une autre par des sages-femmes et les médecins ; En 1870, Robert KOCH a travaillé sur la maladie du charbon. Il isola du sang des animaux morts le microbe du charbon. C'était la première fois qu'on prouvait qu'une bactérie provoque une maladie animale. Koch injecta du matériel provenant d'animaux malades à des souris saines qui devinrent malades. Après avoir inoculé le charbon à une série de 20 souris, il incuba un morceau de rate contenant le bacille du charbon dans du sérum de bœuf. Les bacilles se multiplièrent et produisirent des spores. Lorsqu'ils étaient injectés aux souris, ils provoquaient le charbon. Pour établir les relations causales entre un micro-organisme et une maladie spécifique, Koch énonce les fameuses règles connus sous le nom de postulats de koch : - qu'il soit retrouvé dans tous les cas de maladies semblables ; - qu'il soit isolé en culture pure - qu'il reproduise la maladie expérimentalement - qu'il soit ré-isolé à partir d'animaux infectés expérimentalement En général, cette procédure est encore suivie de nos jours. Cependant, il y a des cas où ce n'est pas possible. Par exemple, l'agent responsable de la syphilis et la lèpre il est difficile, sinon impossible de cultiver l'organisme de façon isolée in vitro (en éprouvette), ce qui limite grandement la possibilité d'étudier cet organisme. Le fait que B. anthracis était responsable du charbon, fut confirmé indépendamment par Pasteur et ses collaboratcurs. Ils montrèrent qu'après inhumation des animaux morts, des animaux sains devenaient malades après ingestion de spores ramenées à la surface par les vers de terre. ## Pr. A. Barguigua ## atténuait les bactéries, ce qui signifiait qu'elles avaient perdu leur capacité de provoquer la maladie (figure 4). Peu après. Pasteur et Chamberland préparèrent un vaccin anti-charbon atténué de deux autres manières: par traitement des cultures au bichromate de potassium ou pur incubation des bactéries à 42°-43°C. ## La découverte des germes dans l'air va avoir des conséquences fondamentales en chirurgie (pratique de l'asepsie). De même la chimiothérapie (traitement des maladies par des produits chimiques) commence à se développer. Les mesures de santé publique rentrent aussi dans ces méthodes de prévention pour contrôler les maladies microbiennes (purification de l'eau, traitement des eaux usées, conservation des aliments, etc.). ## I-1-5- Microbiologie industrielle et écologie des micro-organismes ## Les travaux de Winogradsky (1856-1953) et Beijerinck (1851-1931) ont élargi le champ de la microbiologie en montrant le rôle indispensable des bactéries dans la nature ce qui a permis la création de la microbiologie du sol. Winogradsky, découvrit que les bactéries du sol oxydaient le fer, le soufre et l'ammoniaque pour obtenir de l'énergie et que de nombreuses bactéries pouvaient incorporer du CO2 dans la matière organique à la manière des organismes photosynthétique, Winogradsky isola aussi du sol des bactéries anaérobies, fixatrices d'azote et étudia la décomposition de la cellulose. Beijerinck à découvert les bactéries fixatrices d'azote et symbiotiques des légumineuses et leur rôle dans la fertilité des sols. ## Dans le domaine alimentaire, Pasteur a démontré le rôle des microbes dans la transformation des aliments, création de la branche microbiologie alimentaire et industrielle. HANSEN a même crée une entreprise qui produit des microorganismes nécessaires à la fabrication du vinaigre et les produits laitiers. ## Pr. A. Barguigua ## La plupart des microbiologistes sont intéressés par la biologie d'un groupe spécifique de micro-organismes et sont appelés : - virologues (virus), - bactériologistes (bactéries), - phycolugues ou algologues (algues), - mycologues (champignons), - protozoologistes (protozoaires). D'autres s'intéressent à la morphologie ou à des processus fonctionnels particuliers et travaillent dans des domaines tels que la cytologie, la physiologie, l'écologie, la génétique, la biologie moléculaire, la taxinomie des micro-organismes. Les différents domaines de la microbiologie sont en relation liés étroite, le microbiologiste appliqué doit être familiarisé avec la microbiologie fondamentale. Par exemple, un microbiologiste médical doit avoir une bonne connaissance de la taxinomie microbienne, de la génétique et de la physiologie pour identifier correctement l'agent pathogène concerné. ## Les domaines et les occupations des microbiologistes professionnels sont : - **Microbiologie médicale:** une des plus importantes et des plus actives sciences microbiologique qui s'occupe des maladies humaines et animales. Les microbiologistes médicaux identifient l'agent responsable d'une maladie infectieuse et prennent les mesures pour l'éliminer. - **La microbiologie de santé publique:** elle est en relation étroite avec la microbiologie médicale. Ces microbiologistes essayent de contrôler la propagation des maladies contagieuses. Ils vérifient les réserves alimentaires et l'approvisionnement en eau de la communauté, dans le but de les garder sains et dépourvus d'agents infectieux. - **La microbiologie agronomique:** elle est concernée par l'impact des micro-organismes sur l'agriculture. Les microbiologistes s'efforcent de combattre les maladies végétales qui affectent les cultures d'importance alimentaire, essayent d'augmenter la fertilité du sol et le rendement des récoltes et étudient le rôle des micro-organismes dans l'appareil digestif des ruminants tels que les bovins. - **L'écologie microbienne:** elle s'intéresse aux relations entre les micro-organismes et leurs habitats qu'ils soient vivants ou non vivants. Ces microbiologistes étudient la contribution des microorganismes aux cycles du carbone, de l'azote, et du soufre dans le sol et l'eau douce. - **Microbiologie alimentaire:** Les microbiologistes essayent d'empêcher la contamination microbienne de la nourriture et la transmission des maladies alimentaires. Ils utilisent aussi les micro-organismes pour fabriquer des fromages, des yaourts, des conserves au vinaigre et de la bière. - **Microbiologie industrielle:** les micro-organismes sont utilisés pour produire des substances telles que des antibiotiques, des vaccins, des stéroïdes, des alcools et d'autres solvants, des vitamines, des acides aminés et des enzymes. - **La génétique microbienne et la biologie moléculaire:** l'utilisation des micro-organismes pour comprendre le fonctionnement des gènes et production de nouvelles souches plus efficaces pour la synthèse de substances utiles (des hormones, des antibiotiques, des vaccins ...). ## Pr. A. Barguigua ## Comment, selon vous, les animaux microscopiques ont-ils pu se former dans la fiole ? ## 5- Expliquer les principes d'utilisation des flacons à col de cygne de pasteur dans l'étude de la génération spontanée ## 6- A quoi correspondent les postulats de koch et quelle est leur influence sur le développement de la microbiologie ? ## 7- expliquer pourquoi la découverte des milieux de culture solide fut importante pour le développement de la microbiologie ## Pr. A. Barguigua ## 0.01 µm Phage 00 (0.2) ## 0.1 µm Phage T4 (0.06 ×(0.1) ## 1.0 µm Streptococcus progenes (1) ## 10 µm Bacilux megaterftoet (1×10) ## Sacchammyces cerevisiae (1x10) ## 100 µm Eputopisciura fisbeivenil (81) 600) ## 1000 μι Thіmаnужи нamikierós (300x750) ## Figure 5: Taille des différents micro-organismes. - MODES DE GROUPEMENT - Coques - FORME - Coques - Regulier sphenque - A faces aplatsens - A faces concaves - Coccobacte - Forme intermédiaire entre coque et bacille - Bacilles - Ciplocoque - Chainette - Grappe ou amas - Bacilles - Bouts carrés - Bouts ronds - Bouts effles - En massue - En haltern - Viboons - En virgule - Soraldes - Spirochetes - Diplobacille - Chainette - Paquets d'épingles 000000 - Paistaje ## Figure 6: formes et modes de groupement des bactéries ## Pr. A. Barguigua ## Le flagelle est un mince appendice capilliforme de nature protéique qui intervient dans la mobilité cellulaire et qui s'attache à l'enveloppe cellulaire par des structures spécialisées. Certaines cellules n'ont qu'un flagelle, d'autres en ont un grand nombre. ## II-2- Eléments constants et inconstants de la structure bactérienne Un certain nombre de structures bactériennes sont permanentes, constantes (présentes chez toutes les bactéries), d'autres sont facultatives, inconstantes (retrouvés seulement chez certaines bactéries). - **Eléments constants** - Paroi - Membrane plasmique - Cytoplasme - Périplasme (espace périplasmique) - Ribosomes - Polysomes - Apparcil nucléaire : chromosome unique - **Eléments facultatifs** - Capsule - Mésosome (rôle incertain) - Plasmide - Vacuole à gaz (bactéries aquatiques) - Inclusions de réserves - Pili - fimbriae - Flagcllcs - Chromatophore (bactéries photosynthétiques) - Endospore (bactéries sporulant) ## II-3- Les éléments constants de la cellule bactérienne ### II-3-1- La paroi bactérienne ## La paroi est un constituant caractéristique présent chez toutes les espèces bactériennes à l'exception des mycoplasmes. Il s'agit d'un exosquelette responsable de la forme de toutes les autres bactéries et les protège de la lyse osmotique (maintenir une pression osmotique intracellulaire généralement élevée qui est de l'ordre de 15 à 20 atm). Le pois sec de la paroi représente 20 à 35% de la cellule. - **Paroi des bactéries Gram (+)** Osamines : N-acetyl glucosamine (NAG) et Acide N-acetyl muramique (ANAM) Acides teïchoiques et lipoteïchoiques (polymères de polyribitol phosphate ou polyglycérol phosphate) Acides aminés dont 4 majeurs: Ala (D et L) D-Glu, L-Lys, acide diaminopomélique (DAP) Peu de lipides (1 à 2%) - **Paroi des bactéries Gram (-)** Pas d'acides teïchoiques ni lipoteïchoiques Mêmes acides aminés (moins de L-Lys et de DAP) Lipides en grande quantité (10 à 20% dans la membrane externe) L'étude de l'organisation chimique des deux de types parois révèle les caractéristiques suivantes : - Les parois épaisses et denses: elles sont faites presque uniquement de peptidoglycane. Cette substance à structure lamellaire est faite de chaines glucidiques reliées par des peptides; lui sont associés des acides téichoïques - Les parois fines et lâches: elles ont une structure plus complexe constituée d'une fine couche de peptidoglycane (à structure plus lâche que celui des parois épaisses) recouverte à l'extérieur d'une membrane externe ou pariétale. Cette paroi est séparée de la membrane cytoplasmique par un espace appelé espace périplasmique ou péiplasme ### d) Les peptidoglycanes ## Le peptidoglycane (encoure appelé mucopeptide ou muréine ou muco-complexe) est un glycosaminopeptide comportant une molécule de N-acetylglucosamine et l'acide N-acétylmuramique, reliées entre elle par une liaison glycosidique de type ẞ 1-4. L'acide N-acetylmuramique est associé à une courte chaîne peptidique (Figure 9) constituée de 4 acides aminés: 2 alanines (Let D), l'acide glutamique et soit la lysine, soit l'acide diaminopimélique (DAP). Ces tétrapeptides sont reliés entre eux soit par une liaison directe, soit par des acides aminés supplémentaires constituant le pont interpeptidique (Figure 10). ## et s'associer à des sucres ou à des acides aminés. Ils jouent un rôle dans les transferts d'ions et dans la fixation de certaines protéines par l'intermédiaire d'un ion Ca2+. Les acides lipotéichoïques sont fixés à un glycolipide de la membrane cytoplasmique par pont phosphodiester. Ils jouent le même rôle que les acides téichoïques mais interviennent aussi dans l'adhérence aux cellules et ont un faible effet toxique. ## f) Paroi des bactéries Gram positif ## La paroi présente une structure stratifiée plus complexe que celle des Gram positifs. Outre le peptidoglycane, elle comprend 3 autres structures polymérique: membrane externe, lipopolysacharide et lipoprotéine (Figure 12). Membrane externe est liée à la couche de peptidoglycane par la lipoprotéine de Braun. Elle est organisée en deux coches hydrophiles séparées par une couche hydrophobe. Dans l'épaisseur de cette membrane sont enchâssées des protéines, les porines, qui permettent le passage de petites molécules telles que les antibiotiques. La partie supérieure de cette membrane est constituée de lipopolysaccharide. Celui-ci comprend : - une partie lipidique (lipide A) qui comporte une activité toxique - liée à un polysaccharide central (le « core ») - qui porte des chaînes de 3 à 6 sucres tournées vers l'extérieur (appelées « l'antigène O » car très antigénique) ## L'espace périplasmique est une région entre les deux membranes (externe et cytoplasmique) de la bactérie Gram négative. On pense qu'il a une structure gélatineuse avec une petite quantité de peptidoglycane. L'espace périplasmique contient un certain nombre de protéines associées: - au transport de nutriments dans la cellule; - à des enzymes impliquées dans la digestion des nutriments, comme les protéases; - à des enzymes protégeant la cellule contre des toxiques chimiques comme les β-lactamases qui détruisent la pénicilline. ### g) Autres types de parois cellulaires ## Chez les methanobacterialcs (Archaca), la paroi contient de la pscudomurćine: un polymère semblable au peptidoglycane où les chaines de glycanes sont faites de N-acetyl-D-glucosamine ou de N-acetylgalactosamine alternant avec des résidus de N-acetyl-D-talosminurinique. ## Pr. A. Barguigua ## normale. Toutefois, si un protoplaste est place dans un milieu plus dilue que son cytoplasme, l'eau pénètre à travers la membrane cytoplasmique (par osmose). Le protoplaste gonfle et éclate - c'est ce qu'on appelle la lyse osmotique. On appelle spheroplaste une bactérie Gram-négative dépourvue de peptidoglycane par l'action de certains facteurs, et limitée par la membrane externe et la membrane cytoplasmique. Les formes "L" sont des cellules sphériques ou aux contours irréguliers qui apparaissent spontanément chez certaines espèces de bactéries, et qui peuvent s'induire chez d'autres, notamment, par choc thermique ou par d'autres stimuli physico-chimiques. La désignation "forme L" fait reference au Lister Institute of Preventive Medecine de Londres. Les formes L sont capables de se diviser dans un milieu approprie. Lorsque l'on supprime l'agent inducteur, la réversion vers la forme initiale est possible, mais, dans certains cas, elle ne survient pas (formes L fixées). ### j) Fonctions de la paroi cellulaire - Elle confère la forme des bactéries (bactéries sphériques en forme de coques ou cocci; bactéries allongées en forme de bacilles; bactéries de forme spiralée); - La paroi évite au protoplaste dégâts mécaniques et lyse osmotique; - La paroi agit comme un "tamis moléculaire" une barrière de perméabilité sélective; - C'est au niveau de la paroi que se situent les déterminants antigéniques responsables de l'antigenicité somatique (antigènes R et O); - La paroi participe dans les processus de croissance et de division cellulaires; - Détermine le pouvoir toxique des bactéries (surtout Gram-negatives); - C'est au niveau de la paroi que se trouvent des récepteurs qui reconnaissent les bacteriophages; - De certains antibiotiques et enzymes agissent au niveau de la paroi. ## II-3-2- La membrane cytoplasmique ## Elle est située sous la paroi, a son contact. L'adhésion n'est pas toujours parfaite et délimite l'espace périplasmatique. Les mesosomes sont des invaginations de la membrane cytoplasmique; ils ne sont bien développés que chez les bactéries à Gram positif. ### a) Mise en évidence de la membrane cytoplasmique ## La membrane cytoplasmique peut être mise en évidence par plasmolyse en milieu hypertonique, au cours duquel le cytoplasme se rétracte, ce qui décolle la membrane cytoplasmique de la paroi. Les membranes peuvent être isolées par centrifugation différentielle à partir des protoplastes lavés puis lysées en milieu isotonique. En microscope électronique, la membrane est individualisée morphologiquement sur des coupes ultrafines. ### b) Aspect en microscopie électronique ## L'examen des coupes ultrafines, révèle que les membranes sont des structures très minces d'environ 7,5nm d'épaisseur et comportent une feuille interne transparente pris en « sandwich » entre deux feuilles denses opaques aux électrons. ## Pr. A. Barguigua ### d) Rôle de la membrane cytoplasmique ## Les fonctions de la membrane cytoplasmique sont nombreuses: - Elle forme une barrière osmotique; - Elle contient des systèmes de transport, les perméases, qui assurent la pénétration sélective de certaines substances (sucres, acides aminés, ions minéraux); - Elle contient de nombreuses enzymes, notamment ceux qui interviennent dans le métabolisme énergétique. La membrane cytoplasmique joue donc le même rôle que les mitochondries dans les cellules eucaryotes; - Le prolongement de la membrane cytoplasmique que constitue le mésosome, porte un site d'attachement du chromosome bactérien. Il intervient dans la régulation de la division cellulaire. Lors de la division cellulaire, le filament d'ADN se réplique et les deux chromosomes se séparent; - Elle est impliquée dans la synthèse du peptidoglycane et des phospholipides; - Les récepteurs de la membrane cytoplasmique sont responsables de chimiotactisme Remarque: certaines bactéries produisent des bactériocincs, substances toxiques pour les bactéries et certaines de ces bactériocines perturbent le fonctionnement de la membrane cytoplasmique. ### 11-3-3- Le cytoplasmique ## Au microscope électronique, le cytoplasme n'a pas de structure définie mais peut s'organiser autour des nombreux ribosomes. Le cytoplasme est un hydrogel colloïdal constitué d'une solution de sels minéraux et de lipoprotéines solubles dans lequel sont présents, à côté de substances de réserves, l'appareil nucléaire et de très nombreux ribosomes. Certaines protéines spécifiques sont localisées en certains sites particuliers comme le pole cellulaire ou l'endroit où se fera la division (système de protéines cytoplasmiques analogue à un cytosquelette) C'est le siège du métabolisme bactérien. ### a) Les ribosomes ## Sont des corpuscules arrondis minuscules (0,025µm), faits d'ARN (63%) et de protéines (37%). Ils constituent les sites de synthèse des protéines et le cytoplasme en contient un grand nombre. Ils sont particulièrement présents à proximité de la membrane cytoplasmique, site de synthèse de la paroi cellulaire et des protéines exportées. Les ribosomes bactériens ont une constante de sédimentation de 70S consiste. Ils peuvent se dissocier en une sous-unité 50S et une sous-unité 30S, qui possèdent chacun leur ARN propre : - ARN 16S pour les sous-unités 30S - ARN 23S et 5S pour les sous-unités 50S Deux sites de la sous-unité 50S sont essentiels pour la synthèse des protéines : - Le site amino acyl qui fixe l'acyl ARNt - Le site peptidyl qui fixe le polypeptide en cous de la synthèse Les ribosomes sont souvent associés par l'ARNm, formant ainsi des polysomes. Remarque: Les ribosomes bactériens n'ont pas la taille et la structure des ribosomes de cellules supérieures, ceci explique la spécificité propre au monde bactérien. ## Pr. A. Barguigua ### b-4) Rôles du chromosome bactérien ## Il est le support des caractères héréditaires, de l'information génétique. L'ADN régente la vie de la cellule en codant pour toutes les enzymes (contrôlant donc structure et métabolisme) et les diverses molécules d'ARN (impliquées dans la synthèse des protéines et certaines fonctions de contrôle). L'information contenue dans l'ADN régule et coordonne la croissance et la différenciation. ## En outre, l'ADN règle sa propre réplication et constitue un système autocontrôle: il dispose de divers mécanismes pour détecter et réparer l'ADN endommage ou modifie. ## II-4-Les éléments facultatifs de la cellule bactérienne ### II-4-1- La capsule ## Certaines bactéries élaborent une couche qui se dépose à l'extérieur de la paroi cellulaire. Pour qu'elle existe il faut que: la bactérie possède les gènes codant pour sa fabrication et que la bactérie ait à sa disposition dans le milieu de culture les éléments nécessaires à sa fabrication (principalement des glucides). ### a) Mise en évidence ## Pour le mettre en évidence au microscope, on réalise une suspension des bactéries dans l'encre de chine et on observe la capsule sous forme d'un halo clair, réfringent et entourant le corps bactérien. Un deuxième type de technique connu sous le nom de Réaction de gonflement de la capsule de NEUFELD. C'est une technique immunochimique: des Ac anti-capsulaires se fixent sur les Ag capsulaires. Le complexe Ag-Ac précipite et augmente l'épaisseur de la capsule qui devient visible au microscope. Remarque: Une macrocapsule, ou capsule "vrai", est suffisamment épaisse (c'est-à-dire d'une épaisseur supérieure à 0,2 micrometres) pour être visible au microscope optique ordinaire après préparation adéquate. Par contre, une microcapsule n'est détectable qu'au microscope électronique ou par des techniques sérologiques. ### b) Morphologie et structure chimique ## Quand la couche supplémentaire à l'extérieure de paroi est bien organisée et qu'elle ne peut être facilement enlevé, on l'appelle une capsule. Sur milieu solide, les colonies donnent un aspect caractéristique: type M (exemple: Klebsiella pneumoniae) La couche mucoïde est une couche de substance diffuse et non organisée que l'on peut facilement enlever. ## La nature des constituants capsulaire et couche mucoïde est : - Fréquemment polyholosidique: un homopolysaccharide (comme la cellulose, le dextran) ou un héteropolysaccharide (comme l'alginate, l'acide colanique, l'acide hyaluronique) - Rarement Polypeptidique: homopolymère d'acide D-glutamique (Bacillus anthracis) Un glycocalyx est un réseau de polysaccharides recouvrant la surface des bactéries et d'autres cellules voisines: donc il pourrait comprendre à la fois les capsules et les couches mucoïdes. ## Pr. A. Barguigua ## Il existe différents modes d'insertion des flagelles (Figure 15), selon le nombre et la position de ceux-ci: - Le système polaire : - Disposition monotriche : un seul flagelle à une extrémité - Disposition amphitriche: un flagelle aux deux extrémités - Disposition lophotriche : une touffe de flagelles à une ou deux extrémités - Le système péritriche: les flagelles sont portés sur tout le pourtour de la bactérie. ### a-3) Architecture moléculaire et fonctionnement des flagelles ## Les flagelles sont fixés à la bactérie par insertion dans la membrane cytoplasmique. Chaque flagelle comprend un filament, un crochet et un corps basal (Figure 16) : - Le filament est hélicoïdal et se compose de onze fibrilles protéiques (flagelline) disposées comme les torons d'une corde. - Le crochet, il lie le filament au corpuscule basal. Il a la même composition que le filament mais la flagelline ne possède pas le même pas d'hélice, ce qui permet la formation d'un coude: structure protéique recourbée très flexible. - Le corps basal, il est constitué de plusieurs anneaux, coaxiaux à un bâtonnet central (axe) creux. Le nombre d'anneaux varie d'une espèce à l'autre. Ils servent à l'attachement du flagelle à l'enveloppe cellulaire (membrane cytoplasmique et paroi cellulaire). Le flagelle tourne sur son axe. La rotation flagellaire exige de l'énergie sous forme d'un gradient ionique qui s'établit dans la membrane cytoplasmique. ## Selon le sens de rotation du flagelle (Figure 17), la bactérie ne se comporte pas de la même manière : - Dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (CCW), la bactérie avance en tournant légèrement sur elle-même - Dans le sens des aiguilles d'une montre (CW), la bactérie culbute et change alors de direction pour repartir en avant avec les flagelles tournant CCW. Pour les ciliatures péritriches : - Dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, tous les flagelles sont regroupés à l'arrière du corps bactérien (comme les tentacules d'un poulpe) - Dans le sens des aiguilles d'une montre les flagelles se dispersent autour du corps bactérien et la bactérie culbute. ## Pr. A. Barguigua ## Fixaton des bacteriophages: Les flagelles sont le lieu de fixation de certains bacteriophages. ## Le chimiotactisme: Certaines substances attirent les bactéries mobiles, d'autres les repoussent. ### b) Les pilis et les fimbriae ## Sont des structures plus fréquentes chez les Gram négatif que chez les Gram positif. Elles se présentent comme des appendices filiformes plus minces et plus droits que les flagelles répartis tout autour de la cellule. Les pili sont constitués par une protéine appelée piline qui leur confère des propriétés antigéniques - On distingue deux types de pili : - Les pili communs ou fimbriae: ils ne sont vu que au microscope électronique, mais leur présence peut être déduite des propriétés hémagglutinantes des suspensions bactériennes. Ils apparaissent comme de minces tubes composés de sous-unités protéiques arrangées en hélices - Leur longueur est de 0,3 à 1µm, leur diamètre de 7µm. ils sont rigides, non incurvés en ondes régulières. Ils sont nombreux (plus que 100 par cellule). - Ils sont responsables de l'adhésion à la surface des cellules eucaryote et les rochers de rivière. - Les pili sexuels ou pili F: ils sont plus longs (20 µm environ) et se terminent par un renflement. Leur nombre varie entre 1 et 10. - Ils ont un rôle dans la conjugaison bactérienne (un des 3 modes de transfert de matériel génétique d'une bactérie à