UE04 - Microbiologie - Anatomie Fonctionnelle Bactérienne (Partie 2) - 2024/2025 PDF

13/09/2024 15h30-16h30 L2 Pharma Dr F. Bittar 2024/2025 UE04- Microbiologie Anatomie fonctionnelle bactérienne (partie 2) Rédacteurs : Manelle ABDELHADI / Sahra GARCIA Ronéo n° 4 Nombre de pages : 15 PLAN La Paroi...

13/09/2024 15h30-16h30 L2 Pharma Dr F. Bittar 2024/2025 UE04- Microbiologie Anatomie fonctionnelle bactérienne (partie 2) Rédacteurs : Manelle ABDELHADI / Sahra GARCIA Ronéo n° 4 Nombre de pages : 15 PLAN La Paroi e. Composition de la paroi des mycobactéries f. Propriétés de la paroi bactérienne g. Conclusion sur la paroi bactérienne Le glycocalyx a. Définition et Propriétés b. Les biofilms bactériens La capsule bactérienne Les appendices a. Les flagelles b. Les pili sexuels c. Structure intracellulaire schématique Composition du cytoplasme bactérien Le Génome bactérien a. Le chromosome bactérien b. Les plasmides Forme de résistance a. Les endospores 1/13  I. La paroi A. Composition de la paroi des mycobactéries On retrouve 3 types de composants dans la paroi des mycobactéries : -Peptidoglycane : moins que dans les Gram positif mais plus que dans les Gram négatifs -Acides mycoliques = molécules ayant les mêmes activités que les cires + donnant des propriétés -Arabiniogalactanes spécifiques notamment de résistance aux antibiotiques. Ces mycobactéries peuvent être mises en évidence par la coloration de Ziehl-Nielsen. B. Propriétés de la paroi bactérienne. 1. Forme et rigidité Elle protège la bactérie et lui attribue sa forme et sa rigidité : c’est son squelette externe.  Exemple de formes : cocci ; coccobacille, bacille, spirille. S’il y a destruction de la paroi (par enzyme ou thérapeutiques), la bactérie éclate et devient sphérique car la pression osmotique externe est > à la pression osmotique interne. Nomenclature : dans le nom latin d’une bactérie ; le premier mot correspond au genre et le second à l’espèce.  Exemples concrets de bactéries ayant des formes différentes : 2/13 Ici, la bactérie est de genre bacillus et d’espèce Cette bactérie est sous la forme coco bacille , anthracis. c’est-à-dire entre la forme sphérique et allongée. Responsable de nombreuses pathologies Elle est de forme bacille ou allongée. humaines et animales. Responsable de la maladie de charbon provoquant des réactions cutanées et respiratoires mortelles dans 50% des cas. C’est un bioterroriste : était utilisée durant la 1ère guerre mondiale. Cette bactérie est de forme coccille ou Cette bactérie est de forme bacille ou allongée sphérique. Elle est présente chez les patient atteints de Elle est retrouvée dans le tube digestif et les choléra. matières fécales chez l’Homme ; d’où son nom d’espèce : « faecium ». 3/13  Ces bactéries sont toujours retrouvées ensembles. Bactérie de forme spirille ou spirale. La Bacillus est de forme bacille Responsable de la leptospirose La streptocoque pneumoniae est de forme cocci Elles sont responsables de pathologies comme la pneumonie ou encore les otites chez l’es enfants 2. Coloration de Gram (1884) : Pour différencier les bactéries en Gram négatif de celles en Gram positif (qui sont pour rappel différenciées par la composition de leur paroi). Cette coloration s’effectuait en 5 étapes : -Colorisation au cristal violet (aniline) -Insolubilisation au Ligol/ à l’iode -Décoloration à l’acétone/ à l’alcool -Recoloration à la fuchsine/ à la safranine -Lecture au microscope optique (x 1000)  Voici ce que l’on peut observer au microscope : 4/13  Durant ces étapes, les deux types de bactéries vont réagir similairement jusqu’à l’étape de décoloration ou seule la bactérie en Gram négatif va perdre sa coloration violette qui sera chassée par l’alcool. En effet, la bactérie en Gram positif quant à elle ne laissera pas l’alcool pénétrer grâce à ses nombreux peptidoglycanes. Après cela, la bactérie gram négatif sera colorée en rose/rouge à l’étape de recoloration. La bactérie en Gram positif quant à elle gardera sa coloration violette jusqu’au bout. Attention : la coloration de Gram ne concerne que les bactéries à gram positif et négatif. Pour les mycobactéries, on utilisera un autre type de coloration C. Propriétés sur la paroi bactérienne : Plusieurs propriétés caractérisent notre paroi bactérienne : - Lieu d’échange de l’extérieur vers l’intérieur - Contient des enzymes antibiotiques - Contient une endotoxine : la LPS, (=lipopolysaccharide) qui lui confère une activité physiopathologique - Activité antigénique (antigène O) - Site de réception des phages (= virus qui vont venir infecter la bactérie) => rôle dans l’évolution du matériel génétique D. Conclusions sur la paroi bactérienne : Diagnostic par examen direct : -Forme -Gram Taxonomie : -Gram positif (+) -Mobilité -Gram négatif (-) LA PAROI BACTÉRIENNE Thérapeutiques : -Constituants participant aux pouvoirs -Cibles des antibiotiques pathogènes -Cible de phages 5/13 -Cible du système immunitaire/ vaccin  II. Le glycocalyx A. Définition et propriétés =Composant inconstant retrouvé toujours à l’extérieur de la paroi. -Très fréquent mais pas présent chez toutes les bactéries Comme tout composant inconstant, le glycocalyx confère TOUJOURS à la bactérie un pouvoir pathogène. Le glycocalyx est un polysaccharide entourant la paroi, dont le rôle principal est celui de l’adhésion. Cette adhésion peut se faire sur des cellules ou des supports inertes. Il a aussi un rôle de protection contre la dessication. Ce composant va également avoir un rôle dans la modification de l’environnement. Cette modification va passer par la concentration des nutriments qui se fera autour de la cellule et la limitation du contact avec les antibiotiques et les anticorps de l’Homme. Exemples de bactéries produisant du glycocalyx : -Pseudomonas aeruginosa = bactérie multi résistante (BMR) responsable d’infections nosocomiales. Elle est capable de résister sur des surfaces de matériel médical, et ce malgré l’utilisation d’antibiotiques et de désinfectants. Elle est beaucoup retrouvée chez les patients atteints de mucoviscidose et est responsable d’infections respiratoires chroniques mortelles chez ces derniers. -Streptococcus mutans = bactérie retrouvée dans la bouche, principalement au niveau de la plaque dentaire et qui sera responsable indirectement de caries. B. Les biofilms bactériens Lorsque le glycocalyx est présent en grande quantité, il y aura formation de biofilms bactériens. Ces biofilms sont des structures très denses retrouvées au niveau des muqueuses et sont de « vrais casse- têtes thérapeutiques ». En effet, elles empêchent les antibiotiques et les anticorps de pénétrer à l’intérieur de la bactérie, ce qui empêche donc le système immunitaire d’agir. 6/13  III. La capsule bactérienne La capsule bactérienne est un glycocalyx. C’est une structure inconstante : une bactérie peut donc être capsulée ou non capsulée. C’est également un facteur de virulence et elle se situe à l’extérieur de la cellule, autour de la paroi bactérienne.  Elle est composée de : - Polysaccharides acides : acides uroniques (galacturonique, glucuronique, hyaluronique) - Polymères ramifiés : vont se fixer sur la structure pour solidifier la capsule - Eau (98 %) et cations divalents - Peptides +/-  Aspect : Elle est dense et structurée : elle échappe donc à la phagocytose. Cet aspect, en plus de ses composants précédemment listés, vont lui permettre d’avoir un aspect de gel Sur une culture sur gellulose ; les bactéries vont pousser et avoir un aspect lisse et brillant.  Mise en évidence : - Par coloration à l’encre de chine - Par activité antigénique : on utilisera des d’anticorps anti capsules pour pouvoir la localiser - Par microscope électronique (possibilité d’agrandir jusqu’à 1 million de fois) C’est la capsule qui confère à la bactérie son pouvoir pathogène. Exemples de bactéries capsulées pathogènes pour l’Homme : - Streptococcus pneumoniae = agent d’otite et de méningite chez enfant. De pneumonie chez l’adulte. - Haemophilus influenzae= agent d’otite et de méningite également. - Klebsiella - Escheria coli K1 = bactérie retrouvée dans le tube digestif portant un antigène K1 (= capsulaire de type 1) qui est un antigène de capsule. Elle est retrouvée principalement chez le nouveau-né.  Une capsule peut perdre ou non son expression.  Si la bactérie capsulée se trouve en milieu hostile : elle gardera sa capsule. Si en revanche elle se trouve dans un milieu favorable : il y aura une perte de capsule. 7/13 IV. Les appendices bactériens externes = Structures externes et inconstantes également Il en existe deux types : - Les flagelles : fixés sur la membrane cytoplasmique - Les pilis : fixés sur la paroi bactérienne A. Les flagelles Le flagelle est une structure qui permet d’assurer la mobilité de la bactérie : c’est l’organe de locomotion de cette dernière Ce sont des filaments longs et fins, dépassant parfois la taille de la bactérie (pouvant ainsi atteindre entre 6 et 15 micromètres soit 12-30 nanomètre). Ces filaments sont composés de deux structures : - Une protéine répétée : la flagelline, ce qui permet d’attribuer au flagelle sa longueur - Un antigène H (AgH) : utilisé pour les sérodiagnostics comme celui de la fièvre typhoïde Sur une bactérie, on peut retrouver un ou plusieurs flagelles avec des positions différentes : - Péritriche= flagelles positionnés un peu partout - Iophotriche = flagelles que d’un seul côté - Polaire = flagelle(s) de part et d’autre de la bactérie 2 côtés : amphitriche 1 côté : monotriche Exemple de positions de flagelles sur dse bactéries : 8/13  (a) = monotriche (b) = amphitriche (c) = lophotriche (d) = péritriche Ces flagelles sont visibles sur microscope optique après coloration. Les flagelles assurent la mobilité de la bactérie. Ainsi, ils vont avoir besoin d’énergie. Cette énergie, ils vont la puiser dans la membrane plasmique, qui en produit beaucoup notamment grâce à sa fonction respiratoire. Cette nécessité d’obtenir l’énergie de la membrane justifie le trajet et la position des flagelles qui traversent la paroi des bactéries pour se fixer à leur membrane. Pour finir, les flagelles ont 3 rôles pour la bactérie : - Mobilité - Chimiotactisme = orientation des bactéries soit vers des aliments nécessaires, soit pour échapper à un éventuel toxique. - Classification = concerne les antigènes. Il y a deux types d’antigène : celui du flagelle (H) et l’antigène somatique (O). Ces antigènes permettent d’identifier les épidémies causées par certaines bactéries. Par exemple, escheria coli possède l’antigène somatique O 157 et l’antigène H 7 de ses flagelles : ces derniers sont responsables d’infections alimentaires ces dernières années liées à la viande hachée mal cuite des fast food aux Etats Unis ou encore du Coca en France. Ces infections ont causées des diarrhées hémorragiques ainsi qu’une mortalité importante. B. Les pilis Structure externe. Il en existe deux types : les pili sexuels et les pili communs 1. Les pili sexuels Les pili sexuels sont présents en petite quantité (3 ou 4 max par bactérie) et sont plutôt creux longs, avec des extrémités renflées. Ils ont pour rôle principal de participer à la conjugaison bactérienne. Ils sont codés par un gêne plasmidique c’est-à-dire un gêne avec une séquence EXTRA chromosomique : PAS dans le chromosome ! Ce plasmide va permettre de coder un gène F : le gène de la fertilité. Pour remplir leur rôle de participation à la conjugaison bactérienne, les pilis vont donc avoir pour mission de transférer le matériel génétique entre deux bactéries : une bactérie mâle et une bactérie femelle ; ils feront le lien entre elles. Ce transfert va permettre d’obtenir des variations génétiques notamment des gênes de virulence. 2. Les pili communs/ classiques 9/13 Ces pili communs aussi appelés pili classiques ou fimbriae sont beaucoup plus nombreux que les pili sexuels, notamment sur les bactéries à gram négatif (-), et sont attachés les uns aux autres. Ils sont également moins longs que les sexuels, fibrillaires, et protéiques. En effet, ils possèdent une protéine polymérisée : la piline. Ils vont avoir un rôle principal de colonisation et vont donner à la bactérie son pouvoir pathogène. Pour assurer leur rôle de colonisation, ils vont se fixer sur des cellules ou des tissus notamment en se fixant sur leurs récepteurs cellulaires (glycolipides ou glycoprotéines). Exemples : - Escheria coli = responsable d’infections urinaires chez la femme causées par la fixation des pilis sur la muqueuse vésicale. - Gonocoque = responsable d’IST (infections sexuellement transmissibles) causées par sa fixation à la muqueuse de l’urètre. - Vibrion du cholera = même principe ; fixation des pili sur les entérocytes et responsable ainsi de diarrhées. V. Composition du cytoplasme bactérien =partie intérieure de la cellule = gel colloïdal -Pas de mitochondries ! - A la place, on retrouve des transporteurs d’électrons sur la surface interne de la membrane plasmique -Cytosol aqueux (avec 80% d’eau) -Chromosome bactérien -Plasmides -Système de traduction basé sur les ribosomes = composant constant = présent en très grande quantité, environ 15 000 ribosomes dans une seule cellule. Il représente environ 40% du poids sec de la bactérie. Il possède un système de traduction. Le ribosome se divise en deux sous-unités : - 30s est composé de 16s et 21 protéines - 50s est compose de 23s, 5s et 31 protéines Ces ribosomes sont la cible de 4 familles d’antibiotiques : tétracycline ? pactamycine ? les aminoglycosides ? Le ribosome est également le détenteur de l’ARNm et l’ARNt. -Possibles structures internes : les vésicules d’inclusion/granules de stockage qui vont conserver les lipides, les protéines, et les sucres nécessaires pour la vie cellulaire. VI. Le génome bactérien Le génome bactérien est constitué de deux structures qui sot les supports de l’information génétique : - LE chromosome bactérien - Les plasmides 10/13  A. Le chromosome bactérien =chromosome unique le plus souvent Pour rappel, une bactérie ne possède pas de noyau, pas de membrane nucléique. Tout se passe dans le cytoplasme. Le chromosome bactérien est constitué d’ADN bicaténaire circulaire c’est-à-dire d’un ADN double brin d’une taille variant de 1 à 6 MB = paire de base. Composition du chromosome : - 80% d’ADN - 10% d’ARN structural - 10% de protéines et d’enzymes de l’ADN Parmi ces protéines et enzymes on retrouve : - ADN polymérase permet la réplication de l’ADN - ARN polymérase permet la facbrication de l’ARNm - Topoisomérase - ADN gyrase Ces deux dernières enzymes sont responsables du déroulement et du surenroulement de l’ADN. En effet, une fois déplié, l’ADN mesure 1mm ce qui est très court mais toujours 1000 fois supérieur à la longueur de la bactérie qui elle fait 1 micron. L’ADN doit donc être capable de se replier et ces enzymes le lui permette. Elles sont également la cible de plusieurs antibiotiques. Le couplage est effectué par la transcription et la traduction. Elles ont lieu en même temps dans le cytoplasme et permettent la formation de polyribosomes. B. Les plasmides = présents en plusieurs quantités, contrairement au chromosome, et non indispensable à la survie bactérienne. °Comme le chromosome bactérien, les plasmides contiennent de l’ADN double brin circulaire. ADN de taille réduite, représentant environ 0.5 à 5% de la taille du chromosome). Cette différence de taille permet au plasmide d’être choisi pour transporter l’information génétique entre deux bactéries. Ces plasmides permettent également la réplication de l’ADN de façon autonome. De plus, plusieurs plasmides peuvent coder un même et unique gène. Il faut en revanche que ces plasmides soient différents pour être compatible dans la bactérie et assurer leur rôle. °Différentes fonctions des plasmides qui dépendent des gênes qu’ils portent : - Résistance contre certains antibiotiques et environnement - Capacités métaboliques inhabituelles = de certains sucres ou certaines enzymes - Virulence et donc sa transmission - Codage du facteur F pour les pili sexuels 11/13 VII. Variations génétiques bactériennes :  Mutation  Transfert de matériel génétique par : - Transformation - Conjugaison - Plasmides - Transposition - Transduction VIII. Formes de résistance : les endospores Endospore= structure inconstante qui ne peut être formée que par deux bactéries : - Bacillus - Clostridium Quand l’environnement est défavorable, la bactérie entre dans un cycle de différenciation. Les spores sont dites « en pause » et les ribosomes et le chromosome vont être concentrés. Une paroi très dense va être formée pour protéger l’intérieur de la bactérie. Ensuite, la bactérie va libérer ces endospores qui seront capables de résister jusque plusieurs années dans des conditions défavorables, sans métabolisme, sans rien. Puis, une fois que l’environnement retrouve une condition favorable, ces spores vont germer et se fixer à une bactérie identique à celle qui leur à donner naissance et qui les a libérés quand l’environnement était défavorable. C’est selon ces principes et ces étapes, que l’on appelle les endospores des « formes de résistance ». Ils vont être capables d’attribuer à la bactérie une forme de résistance puisque l’environnement défavorable n’aura pas détruit cette dernière qui pourra se « reconstruire » par l’intermédiaire de l’endospore. Les bactéries sporulées ont une morphologie dépendante de la position de la spore dans la bactérie ainsi que de la taille de la spore. Ces spores peuvent être : - Non déformantes - Déformantes subterminales - Déformante terminales A quoi sert de connaître la structure bactérienne ? Cela permet d’une part de comprendre la physiopathologie mais également de connaître ses composants qui sont les cibles de différents antibiotiques. Le tableau ci-dessous résume les antibiotiques concernés qui agissent sur les différentes parties de la bactérie, qu’elles soient constantes ou inconstantes. 12/13 13/13