Cours de microbiologie et environnement PDF

COURS Microbiologie & Environnement M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 1 M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 2 1  SOMMAIRE Introduction à la Microbiologie Préparation et coloration des échantillons La taille, la f...

COURS Microbiologie & Environnement M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 1 M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 2 1  SOMMAIRE Introduction à la Microbiologie Préparation et coloration des échantillons La taille, la forme et l’arrangement cellulaire Organisation de la cellule procaryote Rappels de la chimie des molécules organiques Les besoins nutritifs courants Les besoins en carbone, oxygène et hydrogène M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 3 SOMMAIRE Les types nutritionnels chez les micro-org. Les besoins en azote, phosphore et soufre Les facteurs de croissance L’absorption des nutriments par la cellule Les types de milieux de culture La morphologie et la croissance des colonies L’isolement des cultures pures M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 4 2  SOMMAIRE Micro-organismes et écosystèmes aquatiques Lois d’interactions entre micro-organismes Les micro-organismes agents biogéochimiques Micro-organismes et eaux naturelles Micro-organismes et eaux d’alimentation Les étapes d’analyse microbiologique des eaux Les méthodes de dénombrement bactérien M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 5 SOMMAIRE Les étapes de l’identification bactérienne Les préalables à l’identification Les méthodes traditionnelles d’identification L’identification numérique Les bactéries témoins de contamination fécale La recherche et l’identification des germes totaux La recherche et l’identification des coliformes M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 6 3  SOMMAIRE La recherche et l’identification des streptocoques La recherche et l’identification des spores Les normes bactériologiques des eaux potables L’interprétation des résultats d’analyse M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 7 Principales références suggérées MICROBIOLOGIE MICROBIOLOGIEGENERALE. GENERALE.H. H.Leclerc, Leclerc,J.-L. J.-L.Gaillard Gaillardet etM. M.Simonet Simonet Doin DoinEditeur, Editeur,Paris, Paris,1995 1995 ABREGE ABREGEDE DEMICROBIOLOGIE. MICROBIOLOGIE.P. P.Singleton, Singleton,D. D.Sainsbury Sainsbury Masson MassonEditeur, Editeur,Paris, Paris,1984 1984 MICROBIOLOGIE MICROBIOLOGIEGENERALE. GENERALE.J.-P. J.-P.Régnaut, Régnaut, Décarie DécarieVigot VigotEditeur, Editeur,Paris, Paris,Montréal, Montréal,1990 1990 GENERAL GENERALMICROBIOLOGY. MICROBIOLOGY.H. H.G. G.Schlegel Schlegel Sixth Sixth Edition. Cambridge UniversityPress, Edition. Cambridge University Press,1986 1986 MICROBIOLOGIE MICROBIOLOGIEDES DESEAUX EAUXD’ALIMENTATION. D’ALIMENTATION. C. C.Haslay, Haslay,H.H.Leclerc Leclerc Tec. Tec. & Doc. Lavoisier, Paris,Londre, & Doc. Lavoisier, Paris, Londre,New NewYork, York,1993 1993 MICROBIOLOGIE: MICROBIOLOGIE:LE LETUBE TUBEDIGESTIF, DIGESTIF,L’EAU L’EAUET ETLES LESALIMENTS ALIMENTS H. H.Leclerc, Leclerc,D. D.A. A.A. A.Mossel, Mossel, Doin Doin Editeur, Paris,1989 Editeur, Paris, 1989 M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 8 4  Introduction 1- Qu’ Qu’est ce que la microbiologie Ö Etude d’organismes trop petits pour être vus à l’œil nu, c’est-à-dire les micro-organismes Ö On classe aujourd’hui parmi les micro-organismes : Les algues et les mycètes Les protozoaires Les bactéries Les virus M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 9 Introduction 2- Bref historique de la microbiologie Ö Premières observations : ª La découverte des micro-organismes Ö Premières études expérimentales : ª Le débat sur la génération spontanée Ö Bases scientifiques de la microbiologie : ª Origine bactérienne des maladies infectieuses Ö Découverte du rôle écologique des bactéries : ª Leur effet sur la matière organique Ö Importantes découvertes concernant les bactéries : ª Le règne de la biologie molécualire M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 10 5  Introduction 2- Bref historique de la microbiologie Ö Premières observations : ª La découverte des micro-organismes Observation et application empirique de phénomènes de nature bactérienne Van Leeuwenhoeck (1632 – 1723) 9 Premières observations et description des bactéries Deux siècles plus tard … 9 Les bactéries demeurent une simple curiosité scientifique Relance du débat sur la génération spontanée 9 « l’intervention des êtres vivants préexistants n’est pas nécessaire à la procréation » M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 11 Introduction 2- Bref historique de la microbiologie Ö Premières études expérimentales : ª Le débat sur la génération spontanée Francesco Redi (1626 – 1697) 9 Mise en doute de la théorie de la génération spontanée en ce qui concerne les organismes plus grands John Needham (1713 – 1782) 9 La matière organique possède une force vitale qui pouvait donner les propriétés de vie à la matière non vivante Plus tard … 9 Lazzaro spallanzani (1729 – 1799) 9 Théodore schwann (1810 – 1882) 9 Georges Friedrich Schroder et autres Origine aérienne des contaminations M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 12 6  Introduction 2- Bref historique de la microbiologie Ö Premières études expérimentales : ª Le débat sur la génération spontanée Felix Pouchet (1859) 9 Les micro-organismes se développent sans la contamination par l’air Louis Pasteur (1822 – 1895) 9 Coup de grâce, en 1861, à la théorie de la génération spontanée Naissance Naissancede delalathéorie théoriegerminale germinale Un Un organisme vivant ne peut provenir organisme vivant ne peut provenir que que d’un d’un organisme organisme vivant vivant M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 13 Introduction 2- Bref historique de la microbiologie Ö Bases scientifiques de la microbiologie : ª Origine bactérienne des maladies infectieuses Davaine (1882) 9 Description de « bactéridies » immobiles dans le sang d’animaux morts de la maladie du charbon Rober Koch (1843 – 1910) et Louis Pasteur 9 Première démonstration directe du rôle des bactéries dans les maladies (étude du charbon) 1884 : Publication du Postulat de Koch 9 Le micro-organisme doit être présent dans chaque cas de maladie, mais absent des organismes sains 9 Le micro-organisme suspect doit être isolé et cultivée en culture pure 9 La maladie doit se développer quand le micro-organisme isolé est inoculé à un hôte sain 9 Le même micro-organisme doit de nouveau être isolé de l’hôte malade M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 14 7  Introduction 2- Bref historique de la microbiologie Ö Bases scientifiques de la microbiologie : ª Origine bactérienne des maladies infectieuses Lister (1867) 9 Stérilisation des instruments chirurgicaux par la chaleur, utilisation du phénol sur les pansements Koch (1843 – 1910) 9 Tentatives pour isoler les bactéries en culture pure (surface de pommes de terre et gélatine comme agent solidifiant) Fannie Hesse (1850 - 1934) 9 Introduction de l’agar comme agent solidifiant Richard Pétri (1887) 9 Mise au point de la boîte de Pétri Koch (1882) 9 Lancement du bouillon nutritif et de la gélose nutritive M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 15 Introduction 2- Bref historique de la microbiologie Maladie Agent causant la maladie Scientifique responsable Date Charbon Bacillus anthracis Koch / Pasteur 1876 Blennorragie Neisseria gonorrhoeae Neisser 1879 Fiè Fièvre typhoï typhoïde Salmonella typhi Eberth 1880 Malaria Plasmodium sp. Lawran 1880 Tuberculose Mycobacterium tuberculosis Koch 1882 Cholé Choléra Vibrio cholerae Koch 1883 Diphté Diphtérie Corynobacterium diphteriae Klebs et Loeffler 1883- 1883-84 Tétanos Clostridium tetani Nicolaier 1885 Diarrhé Diarrhée Escherichia coli Escherich 1885 Pneumonie Streptococcus pneumoniae Frankel 1886 Méningite Neisseria meningitidis Weischelbaum 1887 Fiè Fièvre ondulante Brucella sp. Bruce 1887 Gangrè Gangrène gazeuse Clostridium perfreingens Welch et Nuttal 1892 Peste Yersinia pestis Kitasato et Yersin 1894 Botulisme Clostridium botulinum Van Ermengem 1896 Dycenté Dycentérie Shigella dycenteriae Shiga 1898 Syphilis Treponema pallidium Schaudin et Hoffman 1905 M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 16 8  Introduction 2- Bref historique de la microbiologie Ö Bases scientifiques de la microbiologie : ª Origine bactérienne des maladies infectieuses Pasteur 9 Découverte du vaccin et préparation du premier vaccin contre la rage Emile Von Behring (1890) 9 Préparation des antitoxines contre la Diphtérie et le Tétanos 9 Découverte indirect de l’immunité humorale (Anticorps) Elie Metchinkoff (1884) 9 Découverte de la phagocytose 9 Découverte indirecte de l’immunité cellulaire M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 17 Introduction 2- Bref historique de la microbiologie Ö Découverte du rôle écologique des bactéries : ª Leur effet sur la matière organique Théodore Schwann (1837) Pasteur (entre 1847 et 1857) « La vie ne produit pas de corps symétrique » « La fermentation est la vie sans l’air » M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 18 9  Introduction 2- Bref historique de la microbiologie Ö Découverte du rôle écologique des bactéries : ª Leur effet sur la matière organique Sergei Winogradsky (1856 – 1931) 9 Découverte de l’oxydation du fer, du soufre et de l’ammoniaque par les bactéries du sol 9 Découverte de l’incorporation du CO2 par les bactéries photosynthétiques 9 Isolement des bactéries anaérobies du sol et des bactéries fixatrices d’azote Martinus Beijerink (1851 - 1931) 9 Découverte des bactéries fixatrices d’azote (Azotobacter) et de la bactérie symbiotique des légumineuses (Rhizobium) 9 Etude des bactéries sulfato-réductrices et sulfo-oxydantes 9 Développement des techniques d’enrichissement des cultures et l’utilisation de milieux selectifs M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 19 Introduction 2- Bref historique de la microbiologie Ö Importantes découvertes concernant les bactéries : ª Le règne de la biologie moléculaire Années 1940 9 Relation étroite entre la microbiologie et les autres sciences biologiques Entre 1950 et 1970 : Age d’or de la biologie moléculaire 9 Elucidation du code génétique 9 Mécanismes de synthèse de l’ADN, de l’ARN et des protéines M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 20 10  Introduction 2- Bref historique de la microbiologie Ö Importantes découvertes concernant les bactéries : ª Le règne de la biologie moléculaire Chatton (1937) 9 Découverte des cellules Eucaryotes et Procaryotes Griffith (1928) 9 Découverte de la transformation Avery, MacLeod et McCarty (1944) 9 Identification de la substance dépositaire du message héréditaire et correspondant aux gènes Existence Existence de de multiples multiples moyens, moyens,trèstrèsrépandus répandusquiqui rendent rendent les bactéries génétiquement solidaires par un les bactéries génétiquement solidaires par un échange échange optimal optimal de de gènes gènes qui qui seseproduit, produit,de defaçon façon courante, courante, dans dans la la nature nature M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 21 Introduction 3- Domaines et rôles de la microbiologie Microbiologie médicale 9 Maladies humaines et animales 9 Identification de l’agent responsable d’une maladie infectieuse 9 Identification de nouveau agents pathogènes Microbiologie de la santé publique 9 Limiter la propagation des maladies contagieuses 9 Vérification des réserves alimentaires 9 Contrôle de la qualité des eaux d’alimentation Microbiologie agro-alimentaire 9 Maladies végétales qui affectent les cultures d’importance alimentaire 9 Transmission des maladies alimentaires (botulisme, salmonelloses) 9 Augmenter la fertilité des sols M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 22 11  Introduction 3- Domaines et rôles de la microbiologie Microbiologie industrielle 9 Utilisation des micro-organismes pour produire des substances telles que des antibiotiques, des vaccins, des alcools et autres solvants, des vitamines, des acides aminés, des enzymes …etc Ecologie bactérienne 9 Relations entre les bactéries et leur environnement 9 Fonctionnement des cycles biogéochimiques immunologie 9 Fonctionnement du système immunitaire 9 Mise au point de techniques de production et d’utilisation des anticorps Génétique microbienne et biologie moléculaire 9 Nature de l’information génétique 9 Étude des mutations et de transfert génétiques M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 23 Introduction 4- Proprié Propriétés fondamentales des micro- micro-organismes Caractéristiques distinctives des végétaux et des animaux Végétaux Animaux o Le plus souvent fixés o Le plus souvent libres o Sensibilité et motilité o Sensibilité et motilité discrètes prononcés o Absorption de gaz et de o Ingestion d’aliments solides substances dissoutes o Cellule habituellement avec o Cellule le plus souvent sans paroi paroi o Le plus souvent o Non chlorophylliens, non chlorophylliens et autotrophes autotrophes M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 24 12  Introduction 4- Proprié Propriétés fondamentales des micro- micro-organismes Ö 1886 (Haeckel) ª Proposa le règne des protistes Organisation cellulaire Unicellularité et indivisibilité Taille cellulaire Flexibilité métabolique Potentiel de reproduction Omniprésence et abondance M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 25 Introduction 4- Proprié Propriétés fondamentales des micro- micro-organismes Ö Organisation cellulaire 1838 (Schleiden et Schwann) : théorie cellulaire 9 « la cellule est l’unité fonctionnelle de tout être vivant capable de fonctionner de manière autonome » 1937 (Chatton) : deux types de cellules 9 La cellule eucaryote : noyau entouré d’une membrane et renfermant un certain nombre d’organites cellulaires 9 La cellule procaryote : organisation cellulaire rudimentaire M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 26 13  Introduction 4- Proprié Propriétés fondamentales des micro- micro-organismes Principales caractéristiques distinctives des eucaryotes et des procaryotes Eucaryotes Procaryotes Caracté Caractéristiques Organisation cellulaire Complexe Simple Organisation nuclé nucléaire Noyau vrai Appareil nucléaire Organites spé spécialisé cialisés Nombreux Rares Unicellulaure Type d’ d’organisation Pluricellulaire Unicellulaire Coenocytique Principaux Algues repré représentants Mycètes Bactéries protozoaires M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 27 Introduction 4- Proprié Propriétés fondamentales des micro- micro-organismes m 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 mm 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 0,01 0,1 1 10 100 μm 10-4 10-3 0,01 0,1 1 10 100 103 104 105 3 4 5 6 7 nm 0,1 1 10 100 10 10 10 10 10 108 Ä 1 10 100 103 104 105 106 107 108 109 Ordre de grandeur Chlamy- domonas Atomes Molécules Petits Bactério- Bactéries Globule Paramécie Puce Mouche virus phage rouge M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 28 14  Introduction 4- Proprié Propriétés fondamentales des micro- micro-organismes Ö Flexibilité métabolique Très grand nombre de substrats Plusieurs sources d’énergie Ö Potentiel de reproduction La plus part des bactéries se divisent toutes les ½ heures Escherichia coli : 20 minutes Vibrio parahaemolyticus : 10 minutes Ö Omniprésence et abondance Les bactéries sont ubiquistes La très grande majorité est utile pour l’homme Intervention dans les cycles biogéochimiques M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 29 La cellule procaryote : structure & fonction 1- Méthode d’é d’étude tude par microscopie à lumiè lumière Les lentilles et la déviation de la lumière θ1 θ4 θ2 θ3 M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 30 15  La cellule procaryote : structure & fonction 1- Méthode d’é d’étude tude par microscopie à lumiè lumière La résolution du microscope Objectif Distance θ De travail θ Lame Porte objet avec échantillon M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 31 La cellule procaryote : structure & fonction 1- Méthode d’é d’étude tude par microscopie à lumiè lumière La résolution du microscope Lame Lame porte-objet couvre-objet Air Huile (0,5) (530 nm) d= = 212 nm = 0,2 μm 1,25 M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 32 16  La cellule procaryote : structure & fonction 2- Pré Préparation et coloration des échantillons Ö La fixation ª Procédé par lequel les structures internes et externes des cellules et des organismes sont conservées et fixées sur place Inactive les enzymes qui peuvent détruire la morphologie cellulaire Durcit les structures cellulaires qui pourraient être modifiées par coloration M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 33 La cellule procaryote : structure & fonction 2- Pré Préparation et coloration des échantillons Ö La fixation ª Deux types fondamentalement différents de fixation : Fixation à la chaleur Fixation chimique M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 34 17  La cellule procaryote : structure & fonction 2- Pré Préparation et coloration des échantillons Ö La fixation ª Les principaux fixateurs contiennent des composés tels que : L’éthanol L’acide acétique Le chlorure mercurique Le formaldéhyde et le glutaraldéhyde M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 35 La cellule procaryote : structure & fonction 2- Pré Préparation et coloration des échantillons Ö Les colorants et la coloration simple ª Deux propriétés pour les colorants : Ils sont colorés grâce à la présence de groupes chromophores possédant des doubles liaisons conjuguées Ils se lient aux cellules par interactions ioniques, covalentes ou hydrophobes M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 36 18  La cellule procaryote : structure & fonction 2- Pré Préparation et coloration des échantillons Ö Les colorants et la coloration simple ª Les colorants ionisables se divisent en deux classes : Les colorants basiques (cationiques) 9 Se fixent aux molécules chargées négativement comme les acides nucléiques et les protéines. Ex. : Bleu de méthylène, Fuchsine basique, Cristal violet, Safranine Les colorants acides (anioniques) 9 Se fixent sur les molécules chargées positivement. Ex. : Eosine, Rose bengal, Fuchsine acide M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 37 La cellule procaryote : structure & fonction 2- Pré Préparation et coloration des échantillons Ö La coloration de GRAM ª Développée en 1883 par le médecin danois Christian Gram. C’est la méthode de coloration différentielle la plus utilisée en microbiologie. Elle permet de diviser les bactéries en deux grands groupes : les Gram positives et les Gram négatives. M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 38 19  M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 39 La cellule procaryote : structure & fonction 2- Pré Préparation et coloration des échantillons Ö La coloration acido-alcoolo-résistante ª Chauffage avec un mélange de Fuchsine basique et de phénol, suivi d’un lavage à l’alcool-acide M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 40 20  La cellule procaryote : structure & fonction 2- Pré Préparation et coloration des échantillons Ö La coloration des capsules ª Réalisée par coloration négative à l’encre de chine ou à la négrosine M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 41 La cellule procaryote : structure & fonction 2- Pré Préparation et coloration des échantillons Ö La coloration des spores ª Procédé de Shaeffer-Fulton : les endospores sont d’abord colorées par chauffage des cellules bactériennes avec la safranine, ensuite les cellules sont lavées et contre colorées au vert de malachite M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 42 21  La cellule procaryote : structure & fonction 2- Pré Préparation et coloration des échantillons Ö La coloration des flagelles ª Les flagelles sont d’abord épaissit en les entourant de mordant comme l’acide tannique ou l’alun de potasse. Elles sont ensuite colorées de fuchsine basique (méthode de Gray) ou de pararosaniline (méthode de Leifson) M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 43 La cellule procaryote : structure & fonction 3- La taille, la forme et l’l’arrangement cellulaire Ö Les bactéries de forme ronde sont des coques ª Groupées en chaînettes. Ce sont alors en générale des streptocoques STREPTOCOQUES (GRAM +) Les streptocoques constituent un genre important dans lequel on trouve : ƒ Des espè espèces pathogè pathogènes comme Streptococcus pyogenes agents, par exemple d’ d’angines rouges ƒ Des espè espèces non pathogè pathogènes et utilisé utilisées dans l’industrie laitiè laitière : les streptocoques lactiques ƒ Des espè espèces non pathogè pathogènes peuplant la muqueuse buccale M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 44 22  La cellule procaryote : structure & fonction 3- La taille, la forme et l’l’arrangement cellulaire Ö Les bactéries de forme ronde sont des coques ª Groupées en amas plus ou moins irréguliers. Ce sont alors des staphylocoques ou microcoques STAPHYLOCOQUES ET MICROCOQUES (GRAM +) ƒ Les staphylocoques possè possèdent une espè espèce pathogè pathogène : Staphylococcus aureus (ou staphylocoque doré doré) agent de suppurations cutané cutanée (pus, anthrax… anthrax…) et de nombreuses autres infections localisé localisées ou gé généralisé ralisées ƒ Les autres espè espèces peuvent être considé considérées comme non pathogè pathogènes habitent la peau (Staphylococcus (Staphylococcus epidermidis) epidermidis) ou le cuir chevelu (Staphylococcus (Staphylococcus capitis). capitis). Les microcoques ne sont pas pathogè pathogènes et peuplent la peau M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 45 La cellule procaryote : structure & fonction 3- La taille, la forme et l’l’arrangement cellulaire Ö Les bactéries de forme ronde sont des coques ª Groupées en amas cubiques. C’est le cas des Sarcines SARCINA (GRAM +) ƒ Ces bacté bactéries, sans pouvoir pathogè pathogène, sont trè très ré répandue dans la nature M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 46 23  La cellule procaryote : structure & fonction 3- La taille, la forme et l’l’arrangement cellulaire Ö Les bactéries de forme ronde sont des coques ª Reliées par deux : se sont des diplocoques LE PNEUMOCOQUE (GRAM +) Streptococcus pneumoniae est responsable chez l’l’homme de pneumonies aiguë aiguës, de mé méningites et d’ d’infection de la sphè sphère ORL NEISSERIA (GRAM -) Le genre Neisseria comprends - Deux espè espèces pathogè pathogènes : Neisseria gonorrhoeae, gonorrhoeae, agent d’ d’une maladie sexuellement transmissible : la blennorragie. Neisseria meningitidis, meningitidis, agent de redoutables mé méningites cé cérébro- bro- spinales - Des espè espèces non pathogè pathogènes qui peuplent notre pharynx M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 47 La cellule procaryote : structure & fonction 3- La taille, la forme et l’l’arrangement cellulaire Ö Les bactéries de forme cylindrique sont des bacilles ª Tailles et groupements variables M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 48 24  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 49 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö La membrane plasmique ª La membrane plasmique contient à la fois des protéines et des lipides en proportions variables. La plus part des lipides membranaires sont structurellement asymétriques, avec un coté polaire et un coté non polaire. Ils sont appelés amphipatiques. Le modèle le mieux accepté de la structure membranaire est le modèle de la membrane en « mosaïque fluide » de S. Jonathon Singer et Garth Nicholson M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 50 25  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö La membrane plasmique ª Modèle de la mosaïque fluide M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 51 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö La membrane plasmique ª Deux types de protéines membranaires Les protéines extrincèques (ou périphériques) 9 Associées à la membrane de manière faible 9 Solubles dans les solutions aqueuses 9 20 à 30 % des protéines membranaires totales Les protéines intrincèques (ou intégrales) 9 Fortement liées à la membrane 9 Insolubles dans les solutions aqueuses 9 Sont amphipatiques (comme les lipides membranaires) M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 52 26  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö La membrane plasmique ª Principaux rôles de la membrane plasmique Elle contient le cytoplasme et le sépare de l’extérieur Barrière perméable et sélective Transport d’éléments nutritifs et de déchets Site de plusieurs processus métaboliques importants Contient des molécules réceptrices spéciales qui permettent à la bactérie de détecter et de répondre à des substances chimiques présentent dans son environnement M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 53 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö Le cytoplasme Dépourvu d’organites délimités par une membrane Contient beaucoup d’eau (70 % de la masse bactérienne) Pas de structure définie au microscope électronique et contient beaucoup de ribosomes La membrane plasmique et tout ce qu’elle contient = protoplaste M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 54 27  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö Les corps d’inclusion ª Les corps d’inclusion organiques Le glycogène : polymère de glucose (liaison glycosidique α (1Æ 4) dispersé dans le cytoplasme sous forme de granules visibles uniquement au microscope électronique Le poly-β-hydroxybutyrate (PHB) : molécules de β-hydroxybutyrates reliés par des liaisons esters entre groupe carboxyle et hydroxyle de molécules adjacentes Le glycogène et le PHB représentent des réserves de carbone pour la production de l’énergie et pour la biosynthèse M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 55 Rappels : Chimie des molécules organiques 1- Les molé molécules organiques Molécules qui contiennent du carbone Le carbone tend à former quatre liaisons covalentes de manière à compléter sa couche électronique externe avec huit électrons Cette propriété permet la formation de chaînes et de cycles d’atomes de carbone qui peuvent également fixer de l’hydrogène et d’autres atomes M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 56 28  Rappels : Chimie des molécules organiques 2- Les groupes fonctionnels M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 57 Rappels : Chimie des molécules organiques 2- Les groupes fonctionnels M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 58 29  Rappels : Chimie des molécules organiques 2- Les groupes fonctionnels M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 59 Rappels : Chimie des molécules organiques 2- Les groupes fonctionnels M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 60 30  Rappels : Chimie des molécules organiques 3- Les glucides Les glucides sont des aldéhydes ou des cétones d’alcools polyhydroxylés. Les glucides les plus petits et les moins complexes sont les sucres simples ou monosaccharides M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 61 Rappels : Chimie des molécules organiques 3- Les glucides M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 62 31  Rappels : Chimie des molécules organiques 3- Les glucides M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 63 Rappels : Chimie des molécules organiques 3- Les glucides M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 64 32  Rappels : Chimie des molécules organiques 3- Les glucides M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 65 Rappels : Chimie des molécules organiques 3- Les glucides M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 66 33  Rappels : Chimie des molécules organiques 4- Les proté protéines L’hydrolyse d’une protéine, par chauffage à 100 °C en milieu acide, donne un ensemble de petites molécules appelés : acides aminés COOH Formule générale : R CH NH2 Le carbone qui porte la fonction acide et la fonction amine est un carbone asymétrique. Il en résulte deux possibilités d’isomérisation désignées par les lettres L et D M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 67 Rappels : Chimie des molécules organiques 4- Les proté protéines Les acides aminés appartiennent à la série L lorsque la disposition spatiale des groupements autour du carbone asymétrique correspond à celle de la L-glycéraldéhyde M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 68 34  Rappels : Chimie des molécules organiques 4- Les proté protéines Classification des acides aminés 1. HYDROPHOBES - R aliphatique ou aromatique Glycine (Gly) Alanine (Ala) Valine (Val) Leucine (Leu) Isoleucine (Ile) - R contenant un atome de soufre Phénylalanine (Phe) Tryptophane (Trp) Méthionine (Met) Cystéine (Cys) M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 69 Rappels : Chimie des molécules organiques 4- Les proté protéines Classification des acides aminés 2. HYDROPHILES NON IONISES - R avec groupement hydroxyle -OH - R avec groupement amide -CONH2 Serine (Ser) Thréonine (Thr) Asparagine (Asn) Glutamine (Gln) M.A. BAHLAOUITyrosine (Tyr) FSTM 2006 70 35  Rappels : Chimie des molécules organiques 4- Les proté protéines Classification des acides aminés 3. HYDROPHILES ET IONISES - R avec groupement carboxylique -COOH - R avec groupement amine -NH2 Acide aspartique (Asp) Acide glutamique (Glu) Lysine (Lys) Arginine (Arg) M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 71 Rappels : Chimie des molécules organiques 4- Les proté protéines Classification des acides aminés 4. SINGULIERS Histidine (His) Proline (Pro) M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 72 36  Rappels : Chimie des molécules organiques 4- Les proté protéines Liaison peptidique M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 73 Rappels : Chimie des molécules organiques 4- Les proté protéines Les structures primaires, secondaires et tertiaires M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 74 37  Rappels : Chimie des molécules organiques 5- Les associations entre espè espèces chimiques Le terme glycoprotéine désigne des corps qui ont plus de propriétés de protéines que de propriétés de polysaccharides. La moitié glucidique n’y étant pas très importante et n’étant pas caractérisée par des propriétés polyanioniques Le terme mucoprotéine désigne d’énormes édifices où la moitié polysaccharidique est macromoléculaire, polyanionique et associée à des quantités moins importantes de protéines Le terme de peptidoglycane désigne des édifices gigantesques dans lesquels de très longues chaînes de type polysaccharidiques, rangées cote à cote, sont transversalement reliées pa des chaînons oligosaccharidiques Dans ces trois cas, les monomères de la partie saccharidique sont formés par des dérivés de sucres simples M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 75 Rappels : Chimie des molécules organiques 5- Les associations entre espè espèces chimiques M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 76 38  Rappels : Chimie des molécules organiques 5- Les associations entre espè espèces chimiques M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 77 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö Les corps d’inclusion ª Les corps d’inclusion organiques Les cyanobactéries possèdent trois corps d’inclusion organique distincts Granules de cyanophycines : grands polypeptides (acide aspartique + arginine). Ce sont des réserves d’azote Les carboxysomes: molécules polyédriques contenant de la rubulose 1-5 biphosphate carboxylase. Ce sont des réserves d’enzymes pouvant ête le site de fixation du CO2 La vacuole gazeuse : présente aussi chez les bactéries photosynthétiques pourpres et vertes. Elle a un rôle dans la flotaison M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 78 39  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö Les corps d’inclusion ª Les corps d’inclusion inorganiques Granules de polyphosphates ou Volutine : polymère linéaire d’orthophosphates liés par liaisons ester. Ce sont des réservoirs de phosphate. Granules de soufre: les bactéries photosynthétiques pourpres utilisent le sulfure d’hydrogène (H2S) comme donneur d’électrons pour la photosynthèse et accumulent le soufre produit soit dans l’espace périplasmique soit dans des globules cytoplasmiques spéciaux. M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 79 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö Les ribosomes Structures faiblement liées à la membrane plasmique Eléments complexes (protéines et ARN) Rôle dans la synthèse des protéines Légèrement plus petits que les ribosomes des eucaryotes Appelées souvent ribosomes 70 S Elles mesurent 14 à 15 nm sur 20 nm ; PM = 2,7 Millions Formées de deux (2) sous unités : 50 S et 30 S S = unité SVEDBERG (unité du coefficient de sédimentation) M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 80 40  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö Le nucléoïde Les cellules Eucaryotes : 2 ou plusieurs chromosomes délimités par un noyau Les Procaryotes : pas de noyau Le chromosome procaryote est circulaire Le nucléoïde est visible au microscope optique après coloration de Feulgen Analyse du nucléoïde : 9 60 % d’ADN 9 Peu d’ARN 9 Faible quantité de protéines Escherichia coli (2 à 6 mm); le cercle d’ADN : 1400 mm M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 81 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö Le nucléoïde De nombreuses bactéries contiennent des plasmides en plus du chromosome Molécules circulaires à ADN double brin Soit indépendant soit lié au chromosome Peut être transmis à la descendance Pas nécessaire au développement et à la reproduction Peut porter des gènes avantageux 9 Résistance aux médicaments 9 Nouvelles possibilités métaboliques 9 Pathogénicité 9 Etc … M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 82 41  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö La structure du peptidoglycane Enorme polymère constitué de plusieurs sous unités liées entre elles Le polymère contient deux dérivés de sucre : 9 La N-acétylglucosamine 9 La N-acétylmuramique (NAM) Et plusieurs acides aminés différents Ossature constituée de l’alternance de résidus NAG et NAM Un tétapéptide est lié au groupe carboxyle de la NAM Les chaînes du peptidoglycane sont liées par liaisons interpeptidiques Souvent le groupe carboxyle de la D-alanine terminal est lié directement au groupe amine de l’acide diaminopimélique M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 83 La cellule procaryote : structure & fonction M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 84 42  La cellule procaryote : structure & fonction M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 85 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö La paroi cellulaire procaryote Une des parties les plus importantes de la cellule la plupart des bactéries ont une paroi Donne la forme et protège contre la lyse osmotique Protège contre les substances toxiques Site d’action de plusieurs antibiotiques M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 86 43  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö La paroi cellulaire procaryote La paroi cellulaire des bactéries Gram positives : 9 Couche mince de peptidoglycane ou muréine 9 20 à 80 nm d’épaisseur La paroi cellulaire des bactéries Gram négatives : 9 plus complexe 9 Couche de muréine (1 à 3 nm d’épaisseur) 9 Membrane externe (7 à 8 nm d’épaisseur) M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 87 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö La paroi cellulaire procaryote Espace périplasmique des bactéries Gram négatives 9 1 à 71 nm ; 20 à 40 % du volume cellulaire 9 Protéines périplasmiques (enzymes hydrolysantes) 9 Protéines fixatrices (transport de molécules) Espace périplasmique des bactéries Gram positives 9 Moins de protéines périplasmiques 9 Excrétion d’enzymes (exoenzymes) M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 88 44  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö La paroi cellulaire procaryote ª La paroi des bactéries GRAM positives Paroi épaisse et homogène Constituée principalement de peptydoglycane Contient une grande quantité d’acides téichoïques Des acides aminés (D-alanine) ou sucres (glucose) sont attachés au glycérol ou au rubitol Les acides téichoïques sont connectés: 9 Soit à la muréine elle-même :acides téichoïques 9 Soit aux lipides membranaires : acides lipotéichoïques Les acides téichoïques donnent à la paroi sa charge négative M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 89 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 90 45  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö La paroi cellulaire procaryote ª La paroi des bactéries GRAM négatives Paroi plus complexe que celle des bactéries Gram positives Couche fine de peptidoglycane Protéine la plus abondante : Lipoprotéine de Braun Les éléments les plus particuliers : les lipopolysaccharides M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 91 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö La paroi cellulaire procaryote ª La paroi des bactéries GRAM négatives IMPORTANCE DES LPS 9 Échapper aux défenses immunitaires de l’hôte 9 Contribuer à la charge négative de la paroi 9 Aider à la stabilisation de la structure membranaire 9 Les LPS sont souvent toxiques (endoenzymes) IMPORTANCE DE LA MEMBRANE EXTERNE 9 Barrière de protection 9 Empêche l’entrée des sels biliaires, des antibiotiques et autres substances toxiques 9 Plus perméable que la membrane plasmique 9 Empêche la perte des constituants cellulaires M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 92 46  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 93 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö La paroi cellulaire procaryote ª La paroi cellulaire et la protection osmotique Protège la bactérie contre la pression osmotique L’eau a tendance à entrer dans la cellule bactérienne et la pression osmotique peut atteindre 20 atmosphères La membrane plasmique ne supporte pas une telle pression. Elle va gonfler, se lyser en l’absence de la paroi La plasmolyse est l’inverse de la turgescence. Elle est utile pour la préservation de la nourriture. M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 94 47  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö Les capsules et les couches mucoïdes Certaines bactéries ont une couche supplémentaire à l’extérieur de la paroi cellulaire. Exemple : Klebsiella pneumoniae, Bacteroides Si cette capsule est : 9 Organisée : capsule 9 Diffuse : couche mucoïde Capsules et couches mucoïdes sont composés de polysaccharides, mais peuvent contenir d’autres substances. Exemple : acide poly-D- glutamique de Bacillus anthracis Facilement visibles au microscope optique après coloration négative ou coloration particulière M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 95 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö Les capsules et les couches mucoïdes ª Le rôle des capsules Résistance à la phagocytose Protection contre la dessiccation Protection contre les virus bactérien (bactériophages) Protection contre la plupart des substances toxiques hydrophobes (détergents) Site d’attache des bactéries sur les surfaces solides M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 96 48  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö Les pili ou fimbriae ª Les pili ou fimbriae Courts appendices fins (comme les cheveux), plus minces que les flagelles et ne sont pas impliqués dans le mouvement Une cellule peut être couverte de 1000 fimbriae, mais on ne les voient qu’au microscope électronique Ils apparaissent comme de minces tubes composés de sous-unités protéiques arrangées en hélice 3 à 10 nm de diamètre sur plusieurs micromètres de long Rôle dans l’adhésion des bactéries aux surfaces M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 97 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö Les pili ou fimbriae ª Les pili sexuels Appendices similaires mais différents des fimbriae Une cellule peut contenir de 1 à 10 pili sexuels Souvent plus épais que les fimbriae (9 à 10 nm de diamètre) Rôle dans l’appariement des bactéries Site de fixation des virus bactérien M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 98 49  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö Les flagelles et la mobilité Appendices locomoteurs qui s’étendent à l’extérieur de la membrane plasmique et de la paroi cellulaire Structures minces (environ 20 nm de diamètre sur 15 à 20 mm de long) Ils sont fins et doivent être épaissies pour être observées au microscope (cf. coloration des flagelles) M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 99 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö Les flagelles et la mobilité ª On distingue : Les bactéries monotriches 9 Un seul flagelle à une extrémité, il es dit polaire Les bactéries amphitriches 9 Un seul flagelle à chaque extrémité Les bactéries lophotriches 9 Une touffe de flagelles à une ou a chaque extrémité Les bactéries péritriches 9 Flagelles distribuées sur toute la surface M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 100 50  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote a b c Exemples de distribution de flagelles a) Monotriche polaire :Pseudomonas b) Lophotriche :Spirillum c) Péritriche :Proteus vulgaris M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 101 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö L’endospore bactérienne Structure spéciale, résistante et dormante Les endospores se développent dans les cellules végétatives de quelques genres bactériens : Bacillus, Clostridium (bacilles), Sporosarcina (coque) et autres Les endospores sont résistantes à la chaleur, aux UV, à la dessiccation et aux substances chimiques Les endospores ont une grandes importance en microbiologie industrielle et médicale Les endospores représentent le moyen de survie au manque d’eau et d’éléments nutritifs M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 102 51  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö L’endospore bactérienne ª Cinétique de destruction thermique Inactivation thermique de Bacillus stearothermophilus (population initiale : N0 = 1012) 126 °C 121 °C 116 °C Temps (min) Log N Temps (min) Log N Temps (min) Log N 0 12 0 12 0 12 1 11,34 1 11,75 6 11,5 2 10,67 2 11,5 12 11 3 10 3 11,25 18 10,5 4 9,34 4 11 24 10 5 8,67 6 10,5 30 9,5 6 8 8 10 60 7 9 6 12 9 120 2 12 4 16 8 144 0 15 2 24 6 18 0 32 4 M.A. BAHLAOUI 48 FSTM 2006 0 103 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö L’endospore bactérienne ª Cinétique de destruction thermique M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 104 52  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö L’endospore bactérienne ª Cinétique de destruction thermique Inactivation thermique de Clostridium botulinum (population initiale : N0 = 1012) 121 °C 111 °C 101 °C Temps (min) Log N Temps (min) Log N Temps (min) Log N 0 12 0 12 0 12 0,2 11 0,2 11,9 0,2 11,99 0,4 10 1 11,5 1 11,95 0,6 9 2 11 4 11,8 0,8 8 4 10 10 11,5 1 7 10 7 20 11 2 2 15 4,5 40 10 20 2 60 9 24 0 120 6 200 2 240 0 M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 105 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö L’endospore bactérienne ª Cinétique de destruction thermique M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 106 53  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö L’endospore bactérienne ª Cinétique de destruction thermique Conclusion Le nombre de micro-organisme survivant à un traitement stérilisant décroît exponentiellement avec le temps Ces résultats et ces courbes permettent de définir le temps de réduction décimale D. M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 107 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö L’endospore bactérienne ª Cinétique de destruction thermique ª Pour Bacillus stearotherophilus : ª Pour Clostridium botulinum : ƒ à 121 °C : au temps 0 : N0 = 1012 (log N0 = 12) ƒ à 121 °C : au temps 0 : N0 = 1012 (log N0 = 12) au temps 4 min : N = 1011 au temps 0,2 min : N = 1011 (log N = 11) donc D = 4 min (log N = 11) donc D = 0,2 min ƒ à 126 °C : au temps 0 : N0 = 1012 (log N0 = 12) ƒ à 111 °C : au temps 0 : N0 = 1012 (log N0 = 12) au temps 1,5 min : N = 1011 au temps 2 min : N = 1011 (log N = 11) donc D = 1,5 min (log N = 11) donc D = 2 min ƒ à 116 °C : au temps 0 : N0 = 1012 (log N0 = 12) ƒ à 101 °C : au temps 0 : N0 = 1012 (log N0 = 12) au temps 12 min : N = 1011 au temps 20 min : N = 1011 (log N = 11) donc D = 12 min (log N = 11) donc D = 20 min M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 108 54  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö L’endospore bactérienne ª Cinétique de destruction thermique M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 109 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö L’endospore bactérienne ª Cinétique de destruction thermique Conséquences Pour la plupart des spores : destruction efficace à partir de 120 °C On peut quantifier le traitement thermique T unités de traitement = t minutes à 121 °C. t est appelé « valeur stérilisatrice » Elle s’exprime sans unités. M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 110 55  La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö L’endospore bactérienne ª Notion de risque M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 111 La cellule procaryote : structure & fonction 4- Organisation de la cellule procaryote Ö L’endospore bactérienne La spore peut être subterminale, terminale ou centrale La spore est constituée de : 9 Un exosporium : enveloppe délicate 9 Une tunique : responsable de la résistance 9 Un cortex : plus de la moitié du volume de la spore 9 Une paroi de la spore : entoure le protoplaste Mécanisme de la résistance des spores 9 Stabilisation des composés comme l’ADN grâce au complexe acide dipicolinique-calcium 9 Déshydratation du protoplaste grâce au cortex 9 Stabilisation accrue des protéines cellulaires chez les bactéries adaptées à une croissance à des températures élevées M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 112 56  La nutrition bactérienne 1- Les besoins nutritifs courants Ö Les macroéléments Les éléments majeurs : 9 Carbone, Oxygène, Hydrogène, Azote, Soufre, Phosphore 9 Se sont des constituants des glucides, lipides, protéines et acides nucléiques 9 Requis à des concentrations exprimées en g/l Les éléments mineurs 9 Potassium, Calcium, Magésium et Fer 9 Ils existent dans la cellule à l’état de cations 9 Requis à des concentrations exprimées en mg/l M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 113 La nutrition bactérienne 1- Les besoins nutritifs courants Ö Les oligoéléments Manganèse, Zinc, Cobalt, Molybdène, Nickel, et Cuivre 9 Ils font partie des enzymes et des cofacteurs 9 Ils aident à la catalyse des réactions et au maintien de la structure des protéines 9 Requis à des concentrations exprimées en μg/l Ö Les besoins spécifiques ou spéciaux Ils reflètent la nature particulière de leur morphologie ou de leur environnement M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 114 57  La nutrition bactérienne 2- Les besoins en carbone, hydrogè hydrogène et oxygè oxygène Ils sont souvent satisfaits ensembles. Les autotrophes : CO2 comme seul source de carbone. Les hétérotrophes : molécules préformées réduites. Extraordinaires possibilités des micro-organismes en ce qui concerne les sources de carbone. Les besoins nutritifs des micro-organismes sont très différents d’une espèce à l’autre et peuvent changer au sein de la même espèce suite à des mutations. M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 115 La nutrition bactérienne 2- Les besoins en carbone, hydrogè hydrogène et oxygè oxygène Prototrophe : micro-organisme qui requiert les mêmes nutriments que la plupart des autres membres de son espèce Auxotrophe : mutant prototrophe qui a perdu la capacité de synthétiser un élément essentiel et auquel on doit fournir cet élément ou son précurseur M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 116 58  La nutrition bactérienne 2- Les besoins en carbone, hydrogè hydrogène et oxygè oxygène Ö Source de carbone, d’énergie et d’hydrogène ƒ Source de carbone 9 Autotrophes CO2 comme seule ou principale source de C. 9 Hétérotrophes Molé Molécules organiques pré préformé formées ré réduites ƒ Source d’é d’énergie nergie 9 Phototrophes Lumiè Lumière 9 Chimiotrophes Oxydation composé composés org. org. et inorganiques ƒ Source d’ d’hydrogè hydrogène/é ne/é 9 Lithotrophes Molé Molécules inorganiques ré réduites 9 Organotrophes Molé Molécules organiques ré réduites M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 117 La nutrition bactérienne 2- Les besoins en carbone, hydrogè hydrogène et oxygè oxygène Ö Principaux types nutritionnels Principaux types Sources d’é d’énergie, nergie, d’ d’H/é H/é et de carbone ƒ Autotrophes photolithotrophes Energie lumineuse Donneur inorganique d’ d’H/é H/é CO2 comme source de Carbone ƒ Hétérotrophes photoorganotrophes Energie lumineuse Donneur organique d’ d’H/é H/é Source organique de carbone ƒ Autotrophes chimiolithotrophes Source chimique d’é d’énergie nergie (inorganique) Donneur inorganique d’ d’H/é H/é CO2 comme source de carbone ƒ Hétérotrophes chimioorganotrophes Source chimique d’é d’énergie nergie (organique) Donneur organique d’ d’H/é H/é M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 118 Source organique de carbone 59  La nutrition bactérienne 3- Les besoins en azote, phosphore et soufre Le phosphore 9 Nécessaire à la synthèse des acides nucléiques, des phospholipides, des nucléotides comme l’ATP et de quelques cofacteurs. 9 Tous les micro-organismes utilisent le phosphate inorganique comme source de phosphore et l’incorpore directement Le soufre 9 Nécessaire à la synthèse de substances comme la cystéine et la méthionine, de quelques glucides, de la biotine et de la thiamine 9 La plus part des micro-organismes utilisent le sulfate comme source de soufre et le réduisent. 9 Certains exigent une source réduite du soufre comme la cystéine L’azote 9 Nécessaire à la synthèse des acides aminés, des purines, des pyrimidines et de certains glucides et lipides M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 119 La nutrition bactérienne 4- Les facteurs de croissance Définition 9 Ce sont des constituants cellulaires essentiels (ou leurs précurseurs) qui ne peuvent pas être synthétisés par un organisme. Ce dernier doit donc l’obtenir de son environnement Les classes de facteurs de croissance 9 Les acides aminés : Synthèse protéique 9 Les purines et pyrimidines : synthèse des acides nucléiques 9 Les vitamines : petites molécules organiques formant des cofacteurs ou une partie de ceux-ci. Ils sont nécessaires à la croissance en quantité très faible Intérêt 9 Dosage microbiologique de nombreuses substances M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 120 60  La nutrition bactérienne 5- L’absorption des éléments nutritifs Les micro-organismes absorbent les nutriments Les mécanismes d’absorption sont spécifiques Les micro-organismes doivent être capables de transporter les nutriments Les nutriments doivent traverser la membrane plasmique Il existe plusieurs mécanismes de transports différents M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 121 La nutrition bactérienne 5- L’absorption des éléments nutritifs Ö La diffusion facilitée Diffusion passive (= diffusion) 9 Les molécules se déplacent d’une région de concentration élevée vers une région de concentration faible. 9 Processus peu efficace et peu utilisé. Diffusion facilitée 9 Processus médié par des transporteurs membranaires appelés perméases. 9 C’est une véritable diffusion, les mouvements des molécules à travers la membrane est dû au gradient de concentration et aucune énergie n’est nécessaire. M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 122 61  La nutrition bactérienne 5- L’absorption des éléments nutritifs Ö La diffusion facilitée M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 123 La nutrition bactérienne 5- L’absorption des éléments nutritifs Ö Le transport actif C’est le transport de molécules contre un gradient de concentration grâce à l’utilisation de l’énergie métabolique. Il ressemble au transport facilité (recours à des protéines de transport). Les transporteurs ont une spécificité vis à vis des molécules. Dans les deux cas (transport passif et actif), des molécules similaires peuvent entrer en compétition avec la même protéine de transport. M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 124 62  La nutrition bactérienne 5- L’absorption des éléments nutritifs Ö Le transport actif Le transport actif se caractérise aussi par la saturation des transporteurs à des concentrations élevées en soluté. Le transport actif diffère de la diffusion facilitée par son utilisation d’énergie métabolique et sa capacité à concentrer des substances. Les systèmes de transports utilisent des protéines spéciales localisées dans le périplasme des bactéries Gram négatives. M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 125 La nutrition bactérienne 5- L’absorption des éléments nutritifs Ö Le transport actif Deux sources d’énergie sont utilisées : L’ATP ou autres composés riches en énergie 9 Escherichia coli : arabinose, maltose, galactose, ribose, glutamate, histidine, leucine) La force proton-motrice 9 Exemple de système de transport utilisant la force proton-motrice : la perméase du lactose chez E. coli. 9 La perméase utilise le symport de protons pour transporter le lactose. 9 Escherichia coli emploi ce système pour importer des acides aminés, des acides organiques (succinate, malate) M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 126 63  La nutrition bactérienne 5- L’absorption des éléments nutritifs Ö Le transport actif La force proton-motrice peut contribuer indirectement au transport + actif, souvent par la formation d’un gradient d’ions sodium (Na ) Le gradient de sodium généré, par le système antiport de protons, conduit à l’importation de sucres et d’acides aminés Chez E. coli, les systèmes de transport importent le mélobiose et l’acide glutamique quand le sodium est en même temps véhiculé à l’intérieur de la cellule Les micro-organismes : diversité de système de transport donc avantage compétitif supplémentaire M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 127 La nutrition bactérienne 5- L’absorption des éléments nutritifs Ö Le transport actif M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 128 64  La nutrition bactérienne 5- L’absorption des éléments nutritifs Ö La translocation du groupe Processus au cours duquel une molécule est transférée dans la cellule toute en étant modifiée chimiquement Le plus connu est la phosphotransferase des sucres (PTS) dépendant du phosphoénolpyruvate (PEP). Il transfert une variété de sucres dans les cellules procaryotes en les phosphorylant et en utilisant le PEP comme donneur de phosphate PEP + SUCRE (extérieur) Æ PYRUVATE + SUCRE-P (intérieur) M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 129 La nutrition bactérienne 5- L’absorption des éléments nutritifs Ö La translocation du groupe Le PTS est très complexe chez Escherichia coli et Salmonella typhimurium. Il est constitué par trois enzymes et une protéine thermostable (HPr). Les enzymes II et III sont spécifiques et varient selon les PTS. L’enzyme I et HPr sont communes à tous les PTS Les membres des genres Escherichia, Salmonella, Staphylococcus et d’autres bactéries anaérobies facultatives ainsi que des bactéries anaérobies strictes (Clostridium) possèdent des PTS. Escherichia coli et Salmonella typhimurium absorbent le glucose, le fructose, la lactose, le mannitol, le sorbitol et d’autres sucres par la translocation du groupe M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 130 65  La nutrition bactérienne 5- L’absorption des éléments nutritifs Ö La translocation du groupe M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 131 La nutrition bactérienne 5- L’absorption des éléments nutritifs Ö La capture du fer Presque tous les micro-organismes ont besoin du fer pour les cytochromes et de nombreux enzymes. La capture du fer est difficile car les ions ferriques (Fe3+) et leurs dérivés sont très insolubles. Beaucoup de bactéries et de mycètes ont surmontés cette difficulté en secrétant des sidérophores. Les sidérophores sont des petites molécules de faible poids moléculaire qui complexes les ions ferriques et les fournissent à la cellule Exemple de sidérophore : le ferrichrome M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 132 66  Les milieux de culture 1- Définition Préparations solides ou liquides contenant tous les éléments nutritifs nécessaires à la croissance et au développement d’un micro-organisme La composition d’un milieu de culture dépend de l’espèce à cultiver La fonction d’un milieu de culture détermine sa composition. M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 133 Les milieux de culture 2- Les milieux synthé synthétiques ou dé définis Milieux de culture de composition connue Très utilisés en recherche (besoins nutritifs des micro-organismes) M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 134 67  Les milieux de culture 3- Les milieux complexes Milieux de culture contenant des ingrédient de composition inconnue 9 Peptones : source de carbone, d’énergie et d’azote 9 Extrait de bœuf : source d’a.a., de peptides, de nucléotides.. 9 Extrait de levure : source de vitamine B et d’autres composés azotés Les milieux complexes sont utiles car un milieu peut être suffisamment riche pour satisfaire les besoins de nombreux micro- organismes Les milieux complexes sont parfois nécessaires lorsque les besoins nutritifs d’in micro-organisme particulier sont inconnus M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 135 Les milieux de culture 3- Les milieux complexes On peut solidifier un milieu de culture liquide en y ajoutant de l’agar à 1,5 % 9 L’agar est un polymère sulfaté composé de D-galactose, de 3,6- anhydro-L-galactose et d’acide D-glucoronique On peut parfois utiliser d’autres agents solidifiants 9 Exemple : Gel de silice pour l’identification des sources de carbone M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 136 68  Les milieux de culture 3- Les milieux complexes M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 137 Les milieux de culture 4- Les types de milieux Ö Les milieux non sélectifs Milieux à utilisation générale permettant la croissance de la plupart des micro-organismes 9 Bouillon et gélose nutritives 9 Bouillon et gélose au soja Ö Les milieux sélectifs Milieux de culture qui favorisent la croissance de micro-organismes particuliers en inhibant celle des micro-organismes indésirables ou en avantageant seulement celle des micro-organismes recherchées. 9 Gélose lactosée au TTC et Tergitol 9 Gélose de MacConkey 9 Gélose Bile-Esculine-Azide M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 138 69  Les milieux de culture 4- Les types de milieux Ö Les milieux différentielles Milieux de culture permettant la distinction entre des groupes de micro-organismes sur la base des caractéristiques biologiques différentes 9 Gélose lactosée au TTC et Tergitol 9 Gélose de MacConkey 9 Gélose Pril-Xylose-Ampicilline-agar (PXA-agar) M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 139 Les milieux de culture 5- Mode d’ d’action d’ d’un milieux sé sélectif et diffé différentiel Ö La Gélose lactosée au TTC et Tergitol Composition (en g/l) 9 Peptone bactériologique 10 9 Extrait de viande 5 9 Lactose 20 9 Bleu de bromothymol 0,05 9 Agar 12,75 9 TTC : ajouté stérilement (5 ml TTC à 0,05 % /100 ml) 9 Tergitol : ajouté stérilement (5 ml de Tergitol 7 à 0,2 % /100 ml M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 140 70  Les milieux de culture 5- Mode d’ d’action d’ d’un milieux sé sélectif et diffé différentiel Ö La Gélose lactosée au TTC et Tergitol L’heptadodécyl sulfate de sodium (Tergitol 7) 9 Inhibe les bactéries Gram positives Le chlorure de Triphényl 2,3,5 Tetrazolium chloride (TTC) 9 Réduit en un composé coloré en rouge par presque tous les coliformes, sauf Escherichia coli et Enterobacter aerogenes. Le lactose 9 Fermenté par les Entérobactéries en acide Le bleu de bromothymol 9 Indicateur coloré (jaune a pH acide ; vert à pH neutre ; bleu à pH basique M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 141 Les milieux de culture 5- Mode d’ d’action d’ d’un milieux sé sélectif et diffé différentiel Ö La Gélose lactosée au TTC et Tergitol Colonies Micro-organismes Jaunes avec halo jaunes Esherichia coli Rouges éventuellement avec Autres coliformes halo jaunes Rougeâtres avec halo bleuâtre Germes lactose né négatifs M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 142 71  Les milieux de culture 6- Descripteurs morpho- morpho-macroscopiques utilisé utilisés La taille de la colonie 9 Diamètre < 1 mm ; 1 – 5 mm ; > 5 mm La forme de la colonie 9 2 formes horizontales : irrégulière, circulaire 9 4 formes verticales : convexe, concave, plate, pyramidale Le bord de la colonie 9 Régulier 9 Échancré 9 filamenteux M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 143 Les milieux de culture 6- Descripteurs morpho- morpho-macroscopiques utilisé utilisés La transparence de la colonie 9 Transparente 9 Translucide 9 opaque La surface de la colonie 9 État : lisse, granulaire, ambiliquée 9 Aspect : brillante, terne 9 Texture : muqueuse, ferme La couleur de la colonie et sa pigmentation 9 Rose, blanche, jaune, orange … 9 Pigment diffusible ou non M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 144 72  Les milieux de culture 7- La morphologie et la croissance des colonies bacté bactériennes Exemple de colonies bactériennes M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 145 Les milieux de culture 11- 11- L’isolement des cultures pures Ö Quelques définitions Culture pure : population de cellules identiques provenant d’une seule cellule Colonie : Ensemble de micro-organismes se développant sur (ou dans) une surface solide comme celle d’un milieu de culture gélosé, souvent visible à l’œil nu, mais pouvant être microscopique. Ö Approches de l’obtention de cultures pures Isolement sur boîtes par étalement en surface et par la technique des stries. Isolement sur boîtes par inclusion en profondeur. Isolement à l’aide de milieux sélectifs et/ou différentiels. M.A. BAHLAOUI FSTM 2006 146 73