Les Bactéries PDF

LA CELLULE BACTERIENNE CFPP DEUST Préparateur – 2ère année UE 1 - J. GARCIA 1  DÉFINITION Observés pour la première fois à la fin du XVIIe siècle par Antony v...

LA CELLULE BACTERIENNE CFPP DEUST Préparateur – 2ère année UE 1 - J. GARCIA 1  DÉFINITION Observés pour la première fois à la fin du XVIIe siècle par Antony van Leeuwenhoek qui les appela animalcules, ce n’est qu’au XIXe siècle que fut mis en évidence le rôle des bactéries dans le processus de fermentation (Louis Pasteur) et dans la transmission des pathologies (Robert Koch, qui donna son nom au bacille de Koch responsable de la tuberculose) Les bactéries font partie des premières formes de vie à être apparues sur Terre → Il y a plus de bactéries dans quelques cm³ de sol ordinaire qu’il y a d’êtres humains sur Terre Ce sont des organismes unicellulaires procaryotes qui ne possèdent pas de noyau et dont le génome est réduit généralement à un unique chromosome d’ADN circulaire Elles sont dépourvues de tous les systèmes d’empaquetage endomembranaires 2 (mitochondries, lysosomes, Golgi, réticulum endoplasmique)  DÉFINITION Les bactéries ont une taille de l’ordre du micromètre Les bactéries les plus petites ont une taille d’environ 0,3 μm (mycoplasmes) et les plus longues, 250 μm voire plus (certains spirochètes) Les virus, d’une taille de l’ordre de 20 à 300 nm, sont 10 à 100 fois plus petits Les bactéries représentent autour de 15% de la biomasse (matière organique sur Terre). Elles sont présentes dans la quasi-totalité des habitats : le sol, l’eau, les sources chaudes, les fonds océaniques, les déchets radioactifs, et les fonds de la croûte terrestre Elles jouent un rôle fondamental dans le recyclage écologique : la décomposition de la matière organique, la fourniture de l’azote assimilable aux plantes, la digestion des aliments… 3  DÉFINITION La plupart des bactéries sont sans danger et beaucoup sont bénéfiques (flore commensale) voire indispensables 9 cellules sur 10 dans notre corps sont des microbes permettant l’élaboration de protéines, de certaines vitamines et l’éducation de notre système immunitaire Elles sont aussi associées aux maladies infectieuses à l’origine d’une importante mortalité (ex : la peste, au XIVe siècle, a tué les deux tiers de la population européenne ) 4  MORPHOLOGIE DES BACTÉRIES Établir l’aspect morphologique d’une bactérie est la première étape de l’identification de l’espèce, ce qui est essentiel dans un diagnostic médical En effet, l’examen entre lame et lamelle, le plus souvent désigné sous le terme d’examen direct, suffit parfois, associé aux signes, à résoudre le diagnostic microbiologique, grâce à la coloration et à la disposition des bactéries au microscope 5  FORME DES CELLULES BACTÉRIENNES ❖ Les formes sphériques, appelées coques ou cocci 6  FORME DES CELLULES BACTÉRIENNES ❖ Les formes bâtonnet, appelées bacilles 7  FORME DES CELLULES BACTÉRIENNES ❖ Les formes incurvées, appelées vibrions (classées parfois dans les bacilles) 8  FORME DES CELLULES BACTÉRIENNES ❖ Les formes spiralées appelées spirilles ou spirochètes 9  GROUPEMENTS CARACTÉRISTIQUES DE CERTAINES ESPÈCES BACTÉRIENNES Une espèce bactérienne peut apparaître sous forme de cellules isolées séparées ou en groupements caractéristiques selon les espèces ❖ Regroupés par deux, en diplocoque 10  GROUPEMENTS CARACTÉRISTIQUES DE CERTAINES ESPÈCES BACTÉRIENNES ❖ En grain de café 11  GROUPEMENTS CARACTÉRISTIQUES DE CERTAINES ESPÈCES BACTÉRIENNES ❖ En amas ou en grappe de raisin 12  GROUPEMENTS CARACTÉRISTIQUES DE CERTAINES ESPÈCES BACTÉRIENNES ❖ En chaînette 13 14  STRUCTURE DE LA BACTÉRIE Les bactéries sont des organismes cellulaires procaryotes Elles n’ont pas de noyau et leur génome est le plus petit des cellules vivantes 15  STRUCTURE DE LA BACTÉRIE Certaines structures sont présentes chez toutes les bactéries : ce sont les éléments « constants », d’autres non, ce sont les éléments « inconstants » ou « facultatifs » 16  PAROI BACTÉRIENNE La cellule bactérienne est entourée d’une enveloppe rigide, la paroi, qui lui donne sa forme et lui permet de résister à la forte pression osmotique interne En microscopie électronique, on observe une différence de structure entre la paroi des bactéries dites Gram positif et celles dites à Gram négatif Un constituant essentiel, le peptidoglycane, est présent dans les deux types de paroi mais en quantité différente et réparti différemment Le peptidoglycane est un hétéropolymère composé principalement d’une alternance de sucres aminés : des N-acétylglucosamines (NAG) et N-acétylmuramiques (NAM) 17 18  COLORATION DE GRAM Cette technique de coloration fut inventée par le microbiologiste danois Hans Christian Gram en 1884 et consiste en la coloration d’un frottis bactérien La coloration de Gram est essentielle lors de l’examen direct pour permettre l’identification des bactéries en laboratoire 19 20  COLORATION DE GRAM Les étapes 1 et 2 colorent en violet le contenu de la bactérie Le cristal violet ou violet de gentiane se fixe sur les composants cytoplasmiques de toutes les bactéries La solution iodo-iodurée (Lugol) permet de fixer cette coloration interne L’alcool sert à décolorer le cytoplasme des bactéries Gram négatives, les bactéries Gram positives gardent la coloration violette En effet, la paroi de ces dernières est riche en peptidoglycane, ce qui la rend imperméable à l’alcool Enfin, la safranine ou fuchsine sert de contre-colorant Les bactéries Gram négatives, qui ont été décolorées par l’alcool sont recolorées en rose et 21 les Gram positives restent violettes  DIFFÉRENCES DE STRUCTURE ENTRE BACTÉRIES GRAM + ET GRAM – 22  DIFFÉRENCES DE STRUCTURE ENTRE BACTÉRIES GRAM + ET GRAM – 23  DIFFÉRENCES DE STRUCTURE ENTRE BACTÉRIES GRAM + ET GRAM – ▪ La paroi des bactéries Gram positif contient peu de lipides et leur matrice est formée d’acides téichoïques : ces acides permettent à la paroi de s’attacher à la membrane ▪ La paroi des Gram négatif, à l’inverse, contiennent 10 à 20% de lipides sous forme de lipopolysaccharide Les acides téichoïques et le lipopolysaccharide jouent un rôle dans l’antigénicité et la pathogénicité des bactéries La paroi ne constitue pas une barrière aussi sélective que la membrane cytoplasmique : elle 24 laisse passer de petites molécules comme l’eau, les sels minéraux, les métabolites simples  RÔLE DE LA PAROI BACTÉRIENNE La paroi joue un rôle fondamental dans la physiologie bactérienne Elle détermine la forme des bactéries Elle intervient dans la résistance à la pression osmotique interne de la cellule (milieu hypertonique : les bactéries éclateraient sans paroi) Elle intervient dans les propriétés antigéniques de la bactérie (grâce aux acides téichoïques chez les Gram + et au lipopolysaccharide (LPS) chez les Gram -) Elle permet de différencier les bactéries par la coloration de Gram Elle intervient dans la toxicité chez les Gram – puisque le LPS est une endotoxine qui peut être à l’origine d’une réaction inflammatoire 25  MEMBRANE CYTOPLASMIQUE Elle s’apparente à celle des cellules eucaryotes, avec une double couche de phospholipides dans laquelle sont insérées des protéines intégrées (ou intrinsèques) et périphériques (ou extrinsèques) 26  MEMBRANE CYTOPLASMIQUE ▪ Elle joue un rôle de barrière sélective et contient des systèmes de transport qui permettent la pénétration de certaines substances (sucres, acides aminés, ions...) ▪ Elle contient de nombreuses enzymes de la chaine respiratoire qui interviennent notamment dans le métabolisme énergétique de la cellule (puisqu’elle est dépourvue de mitochondries) ▪ A son niveau, se forme le mésosome, prolongement / invagination de la membrane et qui pourrait jouer un rôle dans la division cellulaire : néanmoins, ce rôle n’est pas formellement démontré. Le filament d’ADN est rattaché à un de ces mésosomes 27  ESPACE PÉRIPLASMIQUE On appelle périplasme l’espace situé entre la membrane cytoplasmique et la paroi chez les bactéries Gram + et entre la membrane cytoplasmique et la membrane externe chez les Gram – Il contient des enzymes pour la nutrition et protéines de transport pour les échanges 28  CYTOPLASME Le cytoplasme forme un gel colloïdal, rempli à 70% d’eau et contenant des sels minéraux le chromosome bactérien de nombreux ribosomes, des granulations sphériques où s’effectue la biosynthèse des protéines des ARN des inclusions avec des substances de réserve organiques ou inorganiques Chez certaines bactéries, le cytoplasme peut aussi contenir : des vacuoles d’air (notamment celles présentes en milieu aquatique, ce qui leur permet de flotter) ou encore des chromatophores permettant la photosynthèse chez les bactéries phototrophes 29  GÉNOME OU CHROMOSOME BACTÉRIEN Les bactéries ne possédant pas de noyau, le matériel génétique se trouve directement dans le cytoplasme Dans la plupart des cas, il se présente sous la forme d’un chromosome circulaire unique, formé d’une double chaine d’ADN. Comme chez les eucaryotes, cet ADN est le support de l’information génétique, le vecteur des caractères héréditaires de la bactérie ADN Bactérien Plasmides 30  GÉNOME OU CHROMOSOME BACTÉRIEN ❑ Pour rappel le message génétique contenu dans l’ADN est transcrit sous forme d’ARNm, puis exprimé au niveau des ribosomes en séquences polypeptidiques qui forment les protéines de structure ou les enzymes bactériennes La réplication du chromosome bactérien est une étape préalable indispensable avant la division cellulaire, fondement de la croissance des colonies bactériennes 31  PLASMIDES Les plasmides sont des molécules d’ADN circulaire de petite taille (1/1000e à 1/100e du chromosome bactérien) 32  PLASMIDES Les plasmides sont capables de réplication autonome et ne sont pas indispensables à la survie de la cellule Ils participent aux transferts de gènes entre espèces et populations différentes Ils concourent à la dissémination de gènes conférant des avantages sélectifs la résistance aux antibiotiques la résistance à certains antiseptiques ou biocides la résistance aux composés de métaux toxiques (argent, bismuth, bore, cadmium) la résistance aux rayons ultraviolets la production de substances pathogènes comme les entérotoxines 33  PLASMIDES On peut trouver, dans une cellule bactérienne, une à deux copies pour les grands plasmides, davantage pour les petits plasmides Leur transmission d’une bactérie à une autre se fait généralement par conjugaison avec intervention de pili sexuels 34  PILI Les pili (pluriel de pilus) sont des filaments situés à la surface de la paroi, de nature protéique et dont on connaît deux types principaux o Les pili communs (ou fimbriae), des filaments courts et très nombreux présents surtout chez les Gram négatif et qui permettent l’adhésion des bactéries à des supports inertes ou cellulaires, certains étant aussi impliqués dans la mobilité de la bactérie Pili communs 35  PILI o Les pili sexuels, moins nombreux (rarement plus de 3), impliqués dans la transmission des plasmides par la création d’un pont entre deux bactéries, et donc en partie responsables de la propagation de germes de plus en plus résistants aux antibiotiques Les bactéries « mâles » sont celles capables de produire des pili sexuels, les autres sont dites « femelles » La transmission de plasmides peut se faire entre bactéries d’espèces différentes → Malgré leur appellation, les pili sexuels n’ont pas de rôle dans la reproduction des bactéries qui se multiplient par une division cellulaire simple 36  FLAGELLES Les flagelles sont des structures rigides, constitué d’une protéine : la flagelline Ils sont responsables de la mobilité de certaines bactéries Mis en évidence à l’état frais, leur nombre varie de 1 à 30 selon les espèces Chez les bactéries, on assimile le plus souvent cils et flagelles à une structure identique → les flagelles sont aussi dotés de propriétés antigéniques En fonction du nombre et de la disposition des flagelles, on décrit deux grands types de localisation (ciliature) Polaire, avec le ou les flagelles disposés à un pôle de la bactérie Péritriche, où les flagelles sont répartis sur toute la surface de la bactérie 37 FLAGELLES Certains flagelles ont une longueur qui peut atteindre 40 fois celle de la bactérie 38  FLAGELLES Lophotriche Peritriche 39  FLAGELLES Lophotriche Monotriche 40  CAPSULE La capsule est une enveloppe protectrice, non constante, rigide, que possèdent certaines bactéries immobiles comme les pneumocoques et les méningocoques 41  CAPSULE Son rôle est essentiel dans le pouvoir pathogène de la bactérie car elle augmente sa virulence en empêchant la phagocytose (diminution de l’adhésion des macrophages et diminution du chimiotactisme) et en permettant l’adhésion des bactéries sur des surfaces, telles que la paroi intestinale Elle est aussi dotée de propriétés antigéniques (elle induit la production d’anticorps) Elle confère à la bactérie une protection contre les ultraviolets, les agents physiques et chimiques 42  SPORE Les spores ou endospores sont des formes de résistance de certaines bactéries Elles sont élaborées lorsque les conditions deviennent défavorables au développement des bactéries (carence en éléments nutritifs, absence d’eau, températures extrêmes, agents chimiques...) Les spores sont des corpuscules sphériques ou ovoïdes, situées à l’intérieur de la bactérie → c’est pourquoi on les appelle aussi endospores Elles concernent notamment les bactéries du genre Clostridium et Clostridioides Elles sont formées d’une enveloppe protectrice et d’une tunique sporale 43 SPORE Les tombes des pharaons contenaient des spores depuis plus 44 de quatre mille ans  SPORE Elles sont visibles à la coloration de Gram où elles apparaissent comme des espaces vides à l’intérieur de la bactérie 45  SPORULATION ÉTAPES DE LA SPORULATION Les conditions défavorables de croissance entraînent la sporulation (ou l’absence de germination de la spore), qui représente le passage de la forme végétative à la forme sporulée Le processus de la sporulation se fait en plusieurs étapes, dure de 7 à 10 heures et débute au cours de la division cellulaire 46  SPORULATION ÉTAPES DE LA SPORULATION 1. Un filament axial se forme avec condensation des deux génomes 2. La membrane cytoplasmique s’invagine près d’un pôle de la cellule pour former un septum de sporulation qui partage la cellule en deux parties inégales 3. La membrane de la grosse cellule englobe la petite cellule : on appelle alors cette petite cellule pré-spore 4. La cellule-mère produit des substances qui viennent s’accumuler entre les deux membranes pour former le cortex et les tuniques 5. La spore se déshydrate 6. Enfin, la cellule-mère est lysée sous l’action d’enzyme lytiques et la spore mûre est 47 libérée 48  SPORE La spore possède de nouvelles propriétés par rapport à la cellule végétative La résistance à la dessiccation et au vieillissement en raison d’une absence d’activité métabolique (on parle d’activité de dormance) : la spore peut ainsi résister au manque d’eau et de nutriments pendant plusieurs années La thermo-résistance puisque la spore résiste en général à des températures de 70 à 80°C pendant près de dix minutes, ce qui oblige à recourir à des températures élevées pour la stérilisation La résistance aux agents chimiques (antiseptiques, désinfectants, antibiotiques) et physiques (ultraviolet et gamma) 49  GERMINATION Lorsque la spore est placée dans des conditions favorables de croissance, elle subit une série de transformations puis germe pour donner une bactérie sous forme végétative → c’est la germination Les conditions favorables à la germination dépendent de la température, du pH, de la teneur en eau… La spore se réhydrate et perd ses caractéristiques pour reformer une nouvelle cellule capable de se multiplier 50  GERMINATION Lorsque la spore est placée dans des conditions favorables de croissance, elle subit une série de transformations puis germe pour donner une bactérie sous forme végétative → c’est la germination Les conditions favorables à la germination dépendent de la température, du pH, de la teneur en eau… La spore se réhydrate et perd ses caractéristiques pour reformer une nouvelle cellule capable de se multiplier 51  PRINCIPALES BACTÉRIES PATHOGÈNES POUR L’HOMME ❖ Staphylocoques Les staphylocoques sont des cocci Gram positif, regroupés en amas (ou grappe de raisin), du genre Staphylococcus ▪ Staphylococcus aureus (ou staphylocoque doré), retrouvé chez 15 à 30% des individus sains au niveau des fosses nasales et de la gorge, mais qui peut aussi être responsable d’infections de la peau (furoncle, panaris, impétigo), ainsi que de graves infections nosocomiales en milieu hospitalier chez les personnes immunodéprimées → Les SARM (Staphylococcus aureus résistants à la méticilline) sont d’ailleurs devenues l’une des souches résistantes aux antibiotiques les plus répandues et problématiques 52 PRINCIPALES BACTÉRIES PATHOGÈNES POUR L’HOMME ❖ Staphylocoques Les staphylocoques sont des cocci Gram positif, regroupés en amas (ou grappe de raisin), du genre Staphylococcus ▪ Staphylococcus epidermidis présent sur la peau de la quasi-totalité des humains Il prospère dans le sébum, il est normalement inoffensif mais peut être responsable d’infections notamment chez les patients immunodéprimés ou porteurs de prothèses ou de cathéters, dispositifs sur lesquels les bactéries sont capables d’adhérer Il peut provoquer, par exemple, des infections urinaires ou des endocardites 53  PRINCIPALES BACTÉRIES PATHOGÈNES POUR L’HOMME ❖ Streptocoques Le genre Streptococcus comprend des cocci Gram positif ▪ le streptocoque bêta-hémolytique du groupe A (SGA, Streptococcus pyogenes), notamment responsable de l’angine bactérienne et de certaines infections cutanées comme l’impétigo, mais aussi des infections plus sévères comme la scarlatine ou l’érysipèle. Ils sont regroupés en chaînettes ▪ le pneumocoque, Streptococcus pneumoniae. Cette bactérie commensale des voies aériennes supérieures est responsable d’infections de la sphère ORL (otites, sinusites) et pulmonaire (bronchites, pneumonies, pleurésies). Ils sont regroupés par deux (diplocoques en forme de huit) 54  PRINCIPALES BACTÉRIES PATHOGÈNES POUR L’HOMME ❖ Neisseria Deux espèces de ce genre de cocci Gram négatif (diplocoques) vont nous intéresser ▪ N. meningitidis, ou méningocoque, un diplocoque (« grain de café ») Gram négatif responsable d’infections invasives à méningocoque Plusieurs sérogroupes (bactéries de la même espèce mais dotés d’antigènes de surface différents) coexistent dans nos régions : le sérogroupe C représente 25% des cas et le sérogroupe B environ 15%. La létalité des méningites à méningocoque est de 10% en moyenne. 55  PRINCIPALES BACTÉRIES PATHOGÈNES POUR L’HOMME ❖ Neisseria Deux espèces de ce genre de cocci Gram négatif (diplocoques) vont nous intéresser ▪ N. gonorrhoeae, ou gonocoque, responsable de gonococcie ou « blennorragie », une infection sexuellement transmissible, potentiellement grave à cause de ses complications locorégionales, notamment chez la femme chez qui elle peut provoquer des salpingites asymptomatiques mais responsables d’une obstruction post-inflammatoire des trompes pouvant donner lieu à une stérilité 56  PRINCIPALES BACTÉRIES PATHOGÈNES POUR L’HOMME ❖ Listeria monocytogenes C’est un bacille à Gram positif, responsable de la listériose, une infection grave qui résulte de l’ingestion de la bactérie à partir de fromages au lait cru, de laitages et de charcuterie : en effet, elle est capable de multiplier à basse température, autour de 4°C Cette infection est potentiellement sévère chez les personnes immunodéprimées De plus, la transmission intraplacentaire est possible 57 58  PRINCIPALES BACTÉRIES PATHOGÈNES POUR L’HOMME ❖Mycobacterium tuberculosis Ce bacille, appelé parfois bacille de Koch du nom du bactériologiste allemand qui le décrivit pour la première fois en 1882, est responsable de la tuberculose, troisième cause de décès par maladies infectieuses dans le monde Cette bactérie est transmise par voie aérienne, par l’intermédiaire des gouttelettes de sécrétions respiratoires aérosolisées 59  PRINCIPALES BACTÉRIES PATHOGÈNES POUR L’HOMME ❖ Corynebacterium diphtheriae Ce bacille Gram positif produit une exotoxine Il se transmet facilement par des gouttelettes respiratoires Il est responsable de la diphtérie, qui se manifeste par une angine mais peut se compliquer de myocardites ou d’atteintes neurologiques Sa circulation a diminué dans nos régions grâce à la vaccination : la dernière épidémie en France date de 1989 60  PRINCIPALES BACTÉRIES PATHOGÈNES POUR L’HOMME ❖ Clostridium et Clostridioides Ce sont des bacilles à Gram positif, sporulés, capables de libérer des toxines responsables des symptômes Les principales espèces sont Clostridium tetani responsable du tétanos, C. botulinum responsable du botulisme, et Clostridioides difficile (auparavant classé parmi le genre Clostridium) responsable de diarrhées et de colites pseudomembraneuses 61  PRINCIPALES BACTÉRIES PATHOGÈNES POUR L’HOMME ❖ Helicobacter pylori Cette bactérie Gram négatif, spiralée, flagellée, est capable de se multiplier dans l’estomac On estime qu’environ 50% de la population mondiale est infectée : il s’agit de l’infection bactérienne chronique la plus commune. Elle induit une réponse inflammatoire, pouvant être responsable d’une maladie ulcéreuse. C’est le principal facteur de risque de cancer de l’estomac 62  PRINCIPALES BACTÉRIES PATHOGÈNES POUR L’HOMME ❖ Salmonelles Les salmonelles (Salmonella) sont un genre bactérien Gram négatif, appartenant aux entérobactéries, responsable de diverses infections La principale espèce est Salmonella enterica, elle-même subdivisée en plusieurs sous-espèces et sérotypes ▪ La plupart des salmonelloses sont des toxi-infections alimentaires collectives (TIAC), provoquant des diarrhées fébriles 63  PRINCIPALES BACTÉRIES PATHOGÈNES POUR L’HOMME ❖ Salmonelles Les salmonelles (Salmonella) sont un genre bactérien Gram négatif, appartenant aux entérobactéries, responsable de diverses infections La principale espèce est Salmonella enterica, elle-même subdivisée en plusieurs sous-espèces et sérotypes ▪ Le sérotype Typhi est responsable de la fièvre typhoïde, une maladie dont les signes sont une forte fièvre, des céphalées, une faiblesse généralisée, des courbatures, une anorexie, et pouvant être fatale en l’absence d’un traitement antibiotique approprié. Rare dans nos régions, elle reste fréquente dans les pays en développement, notamment dans les zones où les conditions d’hygiène ne sont pas garanties 64  PRINCIPALES BACTÉRIES PATHOGÈNES POUR L’HOMME ❖ Escherichia coli Aussi appelée colibacille, ce bacille à Gram négatif est retrouvé fréquemment dans la partie inférieure du tube digestif des mammifères La plupart des souches sont inoffensives, voire bénéfiques grâce à leur capacité à produire de la vitamine K, mais certains sérotypes peuvent causer des intoxications alimentaires sévères, pouvant déboucher sur un syndrome hémolytique et urémique (SHU), un exemple récent étant l’épisode des pizzas Buitoni en février 2022. La voie majeure de transmission est la voie fécaleorale E. coli est également la bactérie la plus fréquemment responsable des infections urinaires basses (cystites) 65  PRINCIPALES BACTÉRIES PATHOGÈNES POUR L’HOMME ❖ Chlamydia trachomatis Chlamydia trachomatis est une bactérie largement répandue (10 à 20% de la population mondiale) ayant un tropisme marqué pour les épithéliums génitaux, rectaux et oculaires Elle est intracellulaire : son développement s’effectue dans le cytoplasme de la cellule hôte. C’est l’agent bactérien le plus fréquemment retrouvé en Europe occidentale dans les urétrites et salpingites non gonococciques L’infection est asymptomatique dans 60% des cas. Elle peut néanmoins se compliquer d’infertilité ou de grossesses extra-utérines 66