Systématique des procaryotes - Partie II.1 - PDF

3eme année Microbiologie « Systématique des procaryotes» « Partie II.1 » Dr. MOULAY M.  IV. Les différents groupes bactériens et archéens Les bactéries sont réunies dans le règne des procaryotae qui comprend 4 divisions, définies sur la base de la présence ou de l’...

3eme année Microbiologie « Systématique des procaryotes» « Partie II.1 » Dr. MOULAY M.  IV. Les différents groupes bactériens et archéens Les bactéries sont réunies dans le règne des procaryotae qui comprend 4 divisions, définies sur la base de la présence ou de l’absence d’une paroi cellulaire et sur sa nature, quand elle est présente Ce dénominateur commun aux membres d’une même division, réunit des bactéries par ailleurs très hétérogène, par : leurs morphologies, leurs types trophiques, leurs modes de reproduction, leur écologie Tableau ci-dessous illustre les principaux groupes bactériens, différenciés dans les 4 divisions définies par le Bergey’s manual (1994):  Division 1 : Eubactéries à Gram négatif 1. Spirochètes 2. Bactéries aérobies microaerophiles mobiles et de formes hélicoidales ou en vibrion 3. Bacilles non mobiles (ou rarement) incurvées 4. Bacilles et cocci aérobies microaérophiles 5. Bacilles anaérobies facultatifs 6. Bacilles anaerobies droits, incurvés et hélicoidales 7. Bactéries réduisant les sulfures ou les sulfates par voie dissimulatoire 8. Cocci anaérobies 9. Rickettsies et chlamydies 10.Bactéries phototrophes anoxygéniques 11. Bactéries phototrophes oxygéniques 12.Bactéries aérobies chimiolithotrophes 13. Bactéries bourgeonnantes et ou appendiculés 14. Bactéries engainées 15. Bactéries mobiles par glissement non sporulantes 16. Bactéries mobiles par glissement sporulantes : Myxobactéries  Division 2 : Eubactéries à Gram positif 17. Cocci 18. Cocci et bacilles formant des endospores 19. Bacilles réguliers non sporulants 20. Bacilles irréguliers non sporulants 21. Mycobactéries 22. Actinomycètes Division 3 : Eubactéries Mycoplasmes 23. Mycoplasmes Division 4 : Archaébactéries 24. Archaébactéries méthanogènes 25. Archaébactéries sulfatoréductrices 26. Archaébactéries halophiles extrèmes 27. Arhaébactéries sans paroi 28. Archaébactéries thermophiles et hyperthermophiles métabolisant le soufre.  V. Etudes des grands groups bactérien Principaux groupes d’Eubactéries: 1-Les bactéries photosynthétiques 2-Les bactéries autotrophes 3-Les bactéries hétérotrophes à Gram négatif 4-Les bactéries hétérotrophes à Gram positif 5-Les actinobactéries 6-Les rickettsies 7-Les chlamydies 8-Les mycoplasmes  I. Bactéries photosynthétiques I.1. Bactéries photosynthétiques anoxygéniques I.1.1. Bactéries pourpres phototrophes Genres principaux: Chromatium, Ectothiorhodospira, Rhodobacter, Rhodospirillum Chez les bactéries pourpres phototrophes, la photosynthèse est anoxygénique. Contrairement aux Cyanobactéries elles ne produisent pas de l’oxygène. Les bactéries pourpres présentent des morphologies diverses. La taxonomie de ce groupe se fonde sur des critères phylogénétiques, morphologiques et physiologiques.  a. Bactéries pourpres sulfureuses: Qui utilisent le sulfure d’hydrogène (H2S) comme donneur d’électrons pour la réduction du CO2 lors de la photosynthèse. De nombreuses bactéries pourpres sulfureuses peuvent également utiliser d’autre composés soufrés réduits comme donneurs d’électrons, comme le Thiosulfate (S2O32-). Toute les bactéries pourpres sulfureuses décrites appartiennent à la subdivision gamma des protèobactéries b. Bactéries pourpres non sulfureuses: Historiquement, les bactéries pourpres dites non sulfureuses étaient considérées comme incapables d’utiliser le sulfure comme donneur d’ électrons pour la réduction du CO2 la plupart des espèces de ce groupe peuvent utiliser le sulfure, mais la concentration optimale en sulfure pour les bactéries pourpres sulfureuses (1-3mM)est souvent toxique pour la plupart des bactéries pourpres non sulfureuses. Certaine bactéries pourpres non sulfureuses peuvent se développer en anaérobiose, à l’obscurité, grâce à des métabolismes fermentatifs ou de respiration anaérobies. Sous ces conditions, la synthèse de la machinerie photosynthétique est réprimée et les donneurs d’électrons sont des composés organiques ou chez certaines espèces des composés inorganiques comme H2. Cependant, c’est leur capacité de photohétérotrophie qui vaut aux bactéries de ce groupe être compétitive dans la nature. Les bactéries pourpres non sulfureuses utilisent des substrats carbonés divers comme des acides gras, organiques ou acides aminés, des sucres, des alcools, des composés aromatiques comme benzoate. La plupart des éspeces peuvent également se développer de facon photoautotrophe en présence de CO2 et de H2 ou CO2 et faible concentration en H2S. Toutes les bactéries pourpres non sulfureuses appartiennent au groupe alpha ou béta des protéobactéries.  I.1.2. Bactéries vertes phototrophes a. Bactéries vertes sulfureuses Genres principaux: Chlorobium, Chlorobaculum, Prosthecochloris, Bactéries vertes sulfureuses forment un groupe phylogénétiquement distinct de bactéries phototrophe anoxygéniques, non mobiles, qui ne contient parmi les isolats cultivés que des espèces anaérobies obligatoires et phototrophes. Elle utilisent H2S comme donneur d’électrons l’oxydant en SO puis en SO4 mais contrairement aux Bactéries pourpres sulfureuses le soufre produit par oxydation des sulfures est déposé à l’intérieur de la cellule.  La plupart des espèces peuvent assimiler quelques composés organiques en présence de lumière (photohétérotrophe), contrairement aux bactéries pourpres sulfureuses l’’autotrophie est assurée non pas par les réactions du cycle de calvin mais par le cycle inversé de l’acide citrique. Les bactériochlorophylles des bactéries vertes sulfureuses comprennent la bactériochlorophylles a et une des bactériochlorophylles c,d ou e. Ces trois derniers pigments capturent les photons et sont localisés dans des chlorosomes. Les chlorosomes sont des corps oblongs, riches en bactériochlorophylles, délimités par une fine membrane monolipidique. Ils sont localisé à la périphérie de la cellule et fixés à la membrane cytoplasmique.  b. Bactéries vertes non sulfureuses Ce phylum des bactéries est phylogénétiquement distinct et contient seulement quelques genres, le plus connu étant le phototrophe anoxygéniques Chloroflescus. Tous les exemplaires cultivés sont thermophiles. I.2. Bactéries photosynthétiques oxygéniques (Cyanobactéries) Genres principaux: Synechococcus, Oscillatoria, Nostoc Les cyanobactéries constituent un groupe important et morphologiquement hétérogène de bactéries phototrophes. Les cyanobactéries constituent l’une des divisions majeurs des bactéries et présentent une relation distincte avec les bactéries Gram positif.  Ces organismes ont été les premiers organismes phototrophes produisant de l’oxygène sur terre et ils ont été responsables de la transformation de l’atmosphère de l’état anoxique à l’état oxique. La diversité morphologique des cyanobactéries est impressionnante. Il existe à la fois des formes unicellulaires, et filamenteuses. À l’intérieur de chacun de ces types, une variabilité considérable est observée. Il est possible de diviser les cyanobactéries en cinq groupes morphologiques: 1- Formes unicellulaires se divisant par scission binaire 2- Formes unicellulaires se divisant par scission multiples 3- Formes filamenteuses contenant des cellules différenciées appelés hétérocystes qui interviennent qui interviennent dans la fixation de l’azote 4- Formes filamenteuses sans hétérocystes 5- Formes filamenteuses ramifiées La taille des cellules de cyanobactéries varie entre (0,5 à 1µm de diamètre). Les cyanobactéries contiennent une seule forme de chlorophylle, la chlorophylle a, et toutes possèdent des pigments caractéristiques de type phycobiliprotéines, les phycobilines qui servent de pigment accessoires lors de la photosynthèse. Les cyanobactéries sont largement distribuées dans les habitats naturels terrestre, dulçaquicoles et marins. En général, elles résistent mieux aux conditions environnementales extrêmes que les algues et sont souvent les organismes phototrophes dominant ou même uniques dans les sources chaudes. II. Bactéries autotrophes L’autotrophie, chez les bactéries, correspond à la double capacité de tirer l’énergie (ATP) de l’oxydation de composés inorganiques et d’utiliser le CO2 comme principale ou seule source de carbone. La nature de ces composés inorganiques est à l’origine de la division en deux groupe principaux: bactéries de l’azote et bactéries du soufre. Les espèces sont autotrophes obligées ou facultatives.  1. Bactéries de l’azote (nitrifiantes et nitrosantes) : Elle sont été isolées et identifiées dés 1880 par WINOGRADSKI qui en a distingué deux groupes principaux: 1.1. Les nitrosomonas (ammonium-oxydantes): oxydant l’ammoniaque en nitrite (NH3 NO2). 1.2. Les nitrobacter (nitrite-oxydantes): oxydant nitrite en nitrate (NO2 NO3). WINOGRADSKI démontrait en même temps l’autotrophie stricte de ces organismes. * Les nitrosomonas ont été les premières bactéries nitrosantes, on peut distinguer : Les nitrosomonas, nitrosococcus, nitrosospira et nitrosolobus.  Les bactéries nitratantes (nitrobacters) sont des cellules pyriformes qui se produisent par bourgeonnement : les Nitrobacter, Nitrococcus et Nitrospira. 2. Bactéries du soufre (sulfo-oxydantes): La capacité à croitre en chimiolithotrophie en utilisant des composés soufres réduits est une propriété commune à divers groupes des protéobactéries. Il existe deux groupes écologiques importants de bactéries sulfo- oxydantes celles qui vivent à pH neutre et celles qui vivent à pH acide. Exemple Thiobacillus comporte plusieurs espèces bactériennes (G-), en formes de bâtonnets, ce sont les organismes les plus étudiés parmi les chimiotrophes. D’un point de vue phylogénétique, les espèces du genre Thiobacillus se répartissent au sein Des protéobactéries avec des espèces appartenant aux sous divisions alpha, béta et gamma. au cours de la décomposition de la matière organique par les microorganismes, le soufre est libéré sous sa forme réduite, l’hydrogène sulfuré (H2S) composé hautement toxique pour le milieux, il ne s'accumule heureusement pas et est oxydé soit chimiquement par l’oxygène atmosphérique soit biologiquement par les bactéries sulfo-oxydantes. 3. Bactéries du fer (ferro-oxydante): Des microorganismes capables de former des dépôts d’oxyde de fer ou de manganèse au niveau de leurs capsule lorsqu’elles existent. Ce sont des cellules sphériques ou en bâtonnets exemple des genres : Siderocapsa, Naumaniella, Ochrobium, Siderococcus définis sur des bases strictement morphologique. 4. Bactéries de l’hydrogène (hydrogéno- oxydantes): Genres principaux : Ralstonia, Paracoccus De nombreuses bactéries peuvent croitre en utilisant H2 comme unique donneur d’électron et O2 comme accepteur d’électron. H2+1/2O2 H2O Il existe des espèces Gram+ et des espèces Gram-, la plupart des bactéries sont des chimiolithotrophes facultatives. Lors de la croissance en chimiolithotrophe sur H2, la plupart des hydrogénobactéries croissent mieux en conditions de micraérophile car les hydrogénases sont des enzymes sensibles à l’O2.  III. Bactéries hétérotrophe G- Ce vaste ensemble peut être subdivisé sur la base de critères morphologique, physiologique en six groupes: 1.Bactéries parasites 1.1. Cocci parasites stricts Famille1: Neisseriaceae Genre1. Neisseria Genre 2. Branhamella Famille2: Moraxellaceae Genre. Moraxella Les micro-organismes du genre Neisseria sont des cocci généralement disposés par paires, possédant une catalase et une oxydase très active. Toutes les espèces sont des parasites  Ce groupe de béta et gamma protéobactéries des micro-organismes divers, proches au niveau phylogénétique ainsi que par les caractères de coloration de gram et de morphologie, l’absence de mobilité et le métabolisme aérobie. Dans le genre de Neisseria, les cellules sont toujours des coques. Tandis que les cellules des autres genres sont des bacilles, devenant coccoides en phase stationnaire de croissance. Ceci amené à la désignation de ces bactéries comme coccobacilles. Certaines d’entre elles sont pathogène, en particulier Neisseria gonorrheae, agent de la gonorrhée. 1.2. Bacilles parasites stricts ou facultatifs a. Aérobies stricts Genres principaux : Brucella Francisella Bordetella b. Anaérobie facultatifs Genres principaux : Pasteurella Haemophilus Tous les représentants de ces groupes sont de petits bacilles gram-, courts, immobiles (rares exceptions). Cette petite taille les rend difficilement observables à la limite de la visibilité. Leur parasitisme strict vis-à- vis de l’homme ou de l’animal traduit leurs exigences  nutritionnelles ordinaires exception faite de la plupart des souches Pasteurilla septica. Des milieux spéciaux doivent leur être adaptés: -Gélose au foie de bœuf ou de veau pour les Brucella - Gélose au sang pour les : Haemophilus, Brodetella - Jaune d’œuf pour les Francisella Ce groupe de germes est surtout caractérisé par un pouvoir pathogène constant, souvent aigu. 2. Bactéries anaérobies facultative: 2.1. Groupe entérique Famille : Entérobactériaceae Genres principaux: Escherichia, Edwardsiella, Citrobacter, Salmonella, Shigella, Klebsiella, Enterobacter, Hafnia, Serratia, Proteus, Yersinia, Erwinia. Hôtes pathologies ou normaux et constants du tubes digestif de l’homme, on leur donné le nom d’entérobactéries bien que certaines d’entre elles y soient peu fréquentes et en tous cas peu abondantes. Ce sont des cellules en bâtonnets courts ne dépassant pas 0.5 µ de diamètre. mobiles par cils péritriches ou immobiles.  Elle sont mobiles par cils péritriches ou immobiles, oxydase négatif. La présence d’une capsule est fréquente dans le genre Klebsiella. Les entérobactéries cultivent facilement sur milieux ordinaires à base d’extrait de viande et de peptone, leurs exigences nutritionnelles sont en général réduites. La plupart se multiplient en milieu synthétique avec une source de carbone simple comme le glucose. Elle utilisent une très large variété de composés organiques simples comme source d’électrons: sucres, acides aminés, acides organiques. Les entérobactéries sont rencontrés dans tous les domaines de la microbiologie : médicale, alimentaire, industrielle, dans l’environnement, en hygiéne……  Les entérobactéries correspondent à un groupe relativement homogène au niveau phylogénétique parmi les gamma-protéobactéries. Il est possible de distinguer schématiquement, en fonction de leur origine et leur rôle: a. Groupes des pathologies : comprend les Salmonella agents des fièvres typhoïdes et des gastro-entérites, Shigella responsables de dysenterie bacillaire et aussi de gastro-entérites. Certaines souches d’Escherichia coli possédant des antigènes caractéristiques provoquent, chez les nourrissons des diarrhées se forme plus ou moins grave. b. Groupes des coliformes tests de contamination fécale: Il comprend par définition les espèces qui fermentent le lactose avec gaz en 24 à 48h à la température de 30ºC ou 37ºC, c’est-à-dire celles des genres Escerichia, Klebsiella, Enterobacter, Citrobacter. Les coliformes fécaux qui, seuls cultivent à des températures élevée de l’ordre de 44ºC. Ceux-ci correspondent pour leur grande majorité aux E.coli. Les autres coliformes ont une origine plus incertaine, soit fécale soit tellurique. c. Groupe d’origine tellurique, hydrique ou adapté aux plantes: sont isolés à partir des matiéres fécales, des aliments, de l’eau, du sol, des végétaux, céréales, etc…Il en est ainssi des éspéces appartenant au genre Klebsiella, Enterobacter, Citrobacter.  2.2. Groupe aquicole Famille 1 : vibrionaceae Genres : Vibrio Famille 2 : Aaeromonadaceae Genres : Aeromonas Les bactéries anaérobies facultatives proches des entérobactéries mais possédant une oxydase et mobiles par cils polaires forment nécessairement un nouveau groupe que les spécialistes proposent justement de situer au niveau de la famille (vibrionaceae). Les vibrio sont des bacilles incurvés en virgule. Dans le vaste groupe des vibrio l’intérêt porté sur les espèces pathogènes. -Vibrio cholerae agent du choléra -Vibrio parahaemolyticus responsable de toxi-infection alimentaire. Toutes on un habitat privilégié, l’eau douce ou l’eau de mer selon les espèces. 3. Bactéries aérobies strictes: 3.1. Groupe pseudomonas et espèce voisine Genres principaux: Pseudomonas, Zymomonas, Xanthomonas Ce groupe correspond à des bacilles chimio- organotrophe, aérobies, droits ou légèrement incurvés, à flagelles polaires. Les Pseudomonas sont regroupées dans le phylum des protéobactéries (alpha, béta et gamma)  3.2. Groupe pigment caroténoide Famille1: Cytophagaceae Genre: Cytopha Famille2: Flavobactériaceae Genre: Flavobacterium La synthèse d’un pigment jaune ou orange de nature caroténoïde est une propriété très répandue dans le monde bactérien. Elle a été signalée chez les représentants de 12 familles mais se rencontre le plus souvent parmi les bacilles (Gram -) ce pigment est constant chez un groupe de bactéries décrites sous le nom de Cytophaga, Flavobacterium, Xanthomonas.  3.3. Groupe spiralé Famille1: Spirillaceae Genre: Spirillum Famille2: Campylobactereaceae Genre: Campylobacter Les spirilles sont des protéobactéries gram-, mobiles, en forme de spirale présentant une grande variété de caractéristiques physiologiques, certains des critères taxonomiques principaux employés sont : la forme des cellules, leur taille, le type de flagellation polaire (simple ou multiple), leur relation vis-à-vis de l’oxygène (aérobies strictes ou micro-aérobies facultatives) leur relation avec les plantes (les relations symbiotiques ou la pathogénicité vis-à-vis des plantes) pathogènes), la capacité fermentative, ainsi que d’autre caractéristiques physiologiques (capacité à fixer l’azote, nature halophile ou thermophile). Les genres des spirilles peuvent être trouvés dans chacune des cinq subdivisions des protéobactéries. Les spirilles sont par excellence des bactéries aquatiques d’eau douce ou plus rarement d’eau de mer. 4. Groupe anaérobies stricts Famille: Bactéroïdaceae Genre: Bactéroïdes Fusobacterium Desulfovibrio Butyrivibrio  a.Bactéries sulfito-réductrices: Les desulfovibrios comme leur nom l’indique sont des bacilles incurvés, en virgule, décrivant un demi-tour, un tour ou quelque fois tours de spires. Ils sont très mobiles grâce à un cil polaire situé à l’extrémité de cellule. b.Bactéries parasites: Un grand nombre de ce bactéries sont parasites de l’homme ou de l’animale. L’un des groupes les plus connus est ce lui des Bactéroides. Ce sont les représentants des abondants de la flore intestinale humaine. Certaines espèces font également partie de la flore des voies respiratoires. Ce sont des bactéries commensales, exceptionnellement pathogènes. Le genre Fusarium comprend des espèces communément rencontrées des flores de la bouche, des voie respiratoires, du tube digestif. 5. Bactéries acétiques Famille: Acetobactériaceae Genre: Acetobacter Gluconobacter À l’origine, les bactéries acétiques étaient définie comme un groupe de bacilles G-, aérobies, mobiles, réalisant une oxydation incomplète des alcools et des sucres, menant à l’accumulation d’acides organiques comme produits finaux. Lorsque le substrat est l’éthanol, de l’acide acétique est produit, ce qui donné leur nom aux bactéries acétiques.  Les bactéries acétiques ont une tolérance relativement élevée aux conditions acides; mobiles par cils polaires ou péritriches: les espèces à flagelles polaires sont classées dans le genre Gluconobacter tandis que celles à flagelles péritriches sont regroupées dans le genre Acetobacter. Toutes les bactéries acétiques connues se regroupent au niveau phylogénétique dans les alpha-protéobactéries. 6. Bactéries fixatrices d’azote 6.1. Fixation libre Famille1: Azotobactereaceae Genre: Azotobacter Famille2: Pseudomonadaceae Genre: Azomonas Famille3: Beijerinckiaceae Genre: Beijerinckia 6.2. Fixation symbiotique Famille: Rhizobiaceae Genre: Rhizobium  6.1. Fixation libre WINOGRADSKY, dés 1895, mettait en évidence dans le sol la présence de bactéries fixatrice d’azote atmosphérique, capables de se développer en milieu synthétique dépourvu de source d’azotée. Parmi les bactéries, celles décrites sous le nom d’Azotobacter et de Beijerinckia sont sans doute les fréquentes, les plus abondantes et les plus actives, ce sont des bactéries aerobies strictes, ovoides, de taille volumineuse pouvant atteindre 2 à 3 µ de large et 5 à 6 µ de long, groupées par paires. 6.2. Fixation symbiotique Dés 1838, le chimiste français BOUSSINGAULT apportait la prouve expérimentale de la fixation de l’azote Atmosphérique par les légumineuses. Celle-ci s’effectue au niveau des racines dans les nodistés qui contiennent des micro-organismes en très grand nombre. Le rôle de ces bactéries dans la formation des nodules fut rapidement établi. En leur absence (sols stériles) les nodules n’apparaissent pas, le développement de la plante est pauvre. Cette fixation symbiotique d’azote est le fait de bactéries G-, généralement mobiles par cils polaires ou péritriches qui ont reçu le nom de Rhizobium. Au niveau phylogénétique, la plupart des bactéries fixatrices d’azote sont des alpha-béta, ou gamma- protéobactéries Et lavez vous bien les mains… Merci de votre attention….