Micro-Gp PDF - Biologie - Notes de cours

PARTIE I : Mycologie ; PARTIE II Planctonologie, et Parasitologie PARTIE III: Bactéries PARTIE IV: Virus 1 I. Généralité 1.1 historique Microbiologie est la science qui étudie les micro-organisme.Les micro-organismes aussi appelés microbes et protistes, forment un ensemble d’organismes vivants microscopiques, invisibles à l’œil nu. C’est leur seul point commun, car ils diffèrent et varient par leur morphologie, leur physiologie, leur mode de reproduction et leur écologie. Les protistes se composent : des bactéries, des protozoaires, des champignons (Mycètes) microscopique, et des algues. Les virus sont considérés comme des micro-organismes non vivants, acellulaires qui dépendent entièrement des cellules hôtes infectées.  Robert Hooke (1665) est le père de la théorie cellulaire (la plus petite unité structurale d’un organisme vivant est la cellule). Matthias Schleiden (plante) et Theodor Schown (animale)  Antonievan Leeuwenhoek (1632-1723) observe et décrit en 1676 des microorganismes grâce à un microscope qu’il a lui-même construit. Il emploie le terme «animalcules » pour qualifier les diverses formes présentes dans des échantillons d’eau, des décoctions de foin ou dans la salive.  En 1857, Louis Pasteur (1822-1895) démontre que la fermentation du sucre en acide lactique est due à un microorganisme. (fondateur de Bactériologie médicale)  Il participe à la remise en cause de la théorie de la génération spontanée (apparition d’organismes vivants à partir de matière non vivante Aristote puis John Needham, en 1745) En 1876, Robert Koch (1843-1910) démontre que le charbon est dû à Bacillus anthracis. Il cultive des bactéries sur de la gélatine, puis découvre l’agent de la tuberculose (le bacille de Koch: Mycobacteriumtuberculosis). Les postulats de Koch sont publiés pour la première fois en 1884 La relation directe entre une bactérie et une maladie a été démontrée par le médecin allemand Robert Koch (1843-1910) en étudiant la tuberculose et son agent Mycobacterium tuberculosis. Pour affirmer cette causalité, il faut vérifier plusieurs critères rassemblés sous le nom de «Postulats de Koch». 1-Le micro-organisme doit être présent chez tous les sujets malades, et absent chez les sujets sains. 2-Le micro-organisme doit être isolé et cultivé en culture pure 3-A partir de ces cultures pures on doit être en mesure de provoquer la maladie par inoculation expérimentale 4-Le même micro-organisme doit être de nouveau isolé des malades expérimentaux. En même temps et par la suite d’autres scientifiques célèbres : Tyndall 1877 : découverte des spores, leur thermorésistante et il mit au point la tyndallisation. Winogradsky 1856-1953 : Travaux sur les bactéries nitrifiantes, les bactéries fixatrices de l’azote, sulfureuses et la décomposition bactériennes de la cellulose dans les sols. Beijerinck 1851-1931 : les bactéries fixatrices de l’azote, symbiotiques. En 1928, Griffith découvre la conjugaison bactérienne. En 1929, Fleming découvre la pénicilline. En 1952, Zinder et Lederberg découvrent la transduction généralisée. 2 En 1961, Jacob et Monod proposent le modèle de l’opéron pour la régulation des gènes En 1892 Dimitri IVANOSVSKI découvert de virus (ultra virus) dans le feuille de tabac qui n’est pas retenu par le filtre Chamberland (toxine). En 1935 Wendell Meredith STAHLEY réalise la cristallisation de virus (VMT) Depuis la découverte de la microscopie électronique on sait la structure de virus diffère de celle d’une cellule Eucaryote, et quel que soit la cristallographie. Le virus appartient à un groupe spécial d’être unicellulaire. La classification biologique actuelle découle de ces découvertes très récentes des organismes appartenant à aucun de ces catégories qui sont appelé des archéobactéries ou archées. Ils sont anciens et s’adaptent à des conditions très extrêmes qui existent sur terre au début de la vie. Il existe actuellement trois groupes des archéobactéries : Les archéobactéries méthanogènes : qui strictement anaérobiques, réduisent l’hydrogène ou acétate. Il existe actuellement dans les eaux stagnantes, le tractus de tube digestif et les sources chaudes. Les archéobactéries halophiles peuvent survivre dans des concentrations de 120 à 160 g/l. Les archéobactéries acidophiles qui peuvent survivre à un ph=2. Depuis la découverte de la microscopie électronique on sait la structure de virus diffère de celle d’une cellule Eucaryote, et quel que soit la cristallographie. Le virus appartient à un groupe spécial d’être unicellulaire. La classification biologique actuelle découle de ces découvertes très récentes des organismes n’appartenant à aucun de ces catégories qui sont appelé des archéobactéries ou archées. Elles sont anciennes et s’adaptent à des conditions très extrêmes qui existent sur terre au début de la vie. 1.2 Laboratoire de microbiologie - Équipement et instrumentation de laboratoires,  Microscopes et lames : La microbiologie est une science qui est née avec l'invention du microscope....  Plaques chauffantes :...  Réfrigérateur :...  Autoclave :...  Incubateur microbiologique :...  Hottes à flux laminaire : Boîtes de Petri  Brûleur Bunsen  Milieux de culture microbienne  Pipettes  Armoires de sécurité  Boucle microbiologique  Compteur de colonies Ils sont équipés d'instruments spécialisés tels que des microscopes, des incubateurs, des autoclaves, des centrifugeuses, des machines PCR et des spectrophotomètres, entre autres, pour faciliter l'étude et l'analyse des micro-organismes. Diluteurs Gravimétriques et accessoires Mélangeur à échantillon Dilucup pour les dilutions sériées. 3 Autopréparateur Distributrice de géloses Pompes péristaltiques Remplisseur de tubes et bouteilles. Compteur de colonies manuel Compteur de colonies semi-automatisé Accessoires - La récolte et la conservation des prélèvements L'intégrité de la collecte, du stockage et du transport des échantillons est le gage de résultats fiables, précis, pertinents, voire salvateurs Principe de numération, d'isolement et d'identification des micro organismes Après être entré dans le laboratoire, fermez les portes et fenêtres Portez une blouse de laboratoire et choisissez d'autres équipements de protection individuelle (EPI), comme des gants, si nécessaire. Ne portez pas ces EPI ailleurs que dans les laboratoires et certainement pas dans les zones de restauration ou de loisir. 4 Ne pas manger, boire, fumer, appliquer de produits cosmétiques, etc. dans le laboratoire Respectez la technique aseptique pour toute manipulation des organismes utilisés Minimisez la formation d'aérosols, plus particulièrement pendant tout travail avec des liquides etdes cultures Faites attention au instruments coupants : évitez les accidents par piqûre Évitez tout contact d'organismes vivants avec des plaies, coupures ou abrasions cutanées. Ne vous touchez pas la bouche, le nez et surtout pas les yeux. Ne pipetezjamais à la bouche ! Décontaminez et nettoyez immédiatement tout déversement Jetez les déchets contaminés conformément aux instructions 5 PARTIEI: Mycologie; Planctonologie, et Parasitologie Mycologie Mycologie, Mycologie, n. f. (mycology). Branche de la cryptogamie dont l’objet est l’étude des champignons ou mycètes. Elle est divisée en trois grands domaines : - mycologie générale : étude botanique des champignons ; - mycologie industrielle : étude des champignons utiles aux diverses fermentations en industrie alimentaire telles la fabrication du pain, fromages… ; - mycologie médicale : étude des champignons pathogènes, vénéneux ou parasites (les champignons vénéneux agissent par leur toxine tandis que les champignons parasites sont eux- mêmes agents de mycoses). Les levures sont depuis des millénaires exploitées par l’homme. Leur rôle le plus ancien, déjà utilisé par les Sumériens et par les Egyptiens. était pour la fabrication de boissons alcoolisées, grâce a la fermentation alcoolique. Une autre utilisation connue depuis l’Antiquité était pour b fabrication du pain: le dégagement de gaz carbonique qui accompagne la fermentation permet de faire lever la pâte. Mais les bases scientifiques qui permirent leur culture et leur utilisation en grandes quantités ne furent découvertes qu’au XIXème siècle par le microbiologiste français, Louis Pasteur. Il prouva que la fermentation alcoolique est causée par des micro-organismes vivant et affirma que ceux-ci étaient des levures. Il montra ensuite qu’elles peuvent aussi bien vivre aérobiose qu’en anaérobiose, auquel cas elles fermentent. Amoebidae, n. sc. (amoeba) (vern. : amibes). Famille de Protozoaires de l’embranchement des Rhizoflagellés vivant dans les sols ou les eaux dont certaines espèces sont à l’origine de sérieuses affections parasitaires. Ainsi, dans les pays tropicaux, l’eau polluée par Entamoeba histolytica peut provoquer une amibiase, cause de graves dysenteries voire d’atteintes hépatiques mortelles. moisissure(s), n. f. (mold, mould). Mycélium de champignons, généralement des Ascomycètes (Mucor, Penicillium par exemple) qui se développent sur un milieu organique, sur des organes végétaux ou des aliments mal conservés. Il se caractérise souvent par un aspect de tissu en velours ou celui de peaux de Mammifères. levures, n. f. (yeast). Ascomycètes unicellulaires agents de nombreuses fermentations, utilisés dans les industries agroalimentaires. Saccharomyces cerevisiae, organisme actif de la levure de bière, est l’agent de diverses fermentations dont l’alcoolique. Myxomycètes, n. sc. (syn. : Myxogastrales) (slimemoulds). Phylum d’organismes saprophytes longtemps classés parmi les champignons. Ce sont des organismes inférieurs souvent considérés comme des Protozoaires bien que la présence de cellulose dans leurs sporanges leur confère des affinités végétales. Ils se présentent sous forme de plasmodes multinucléés dépourvus de membranes cellulaires, qui sont fréquents dans l’humus ou sur le bois en décomposition. Dans des conditions environnementales plus sèches, le plasmode produit des sporanges ou sporocarpes pédonculés. 6 Plancton, n. m. (plankton). Terme général désignant l’ensemble des organismes aquatiques autotrophes ou hétérotrophes peu mobiles, voire incapables de mouvements propres, qui vivent dans les masses d’eaux libres lacustres ou marines et dépendent des mouvements des courants verticaux et horizontaux pour leurs déplacements et donc pour leur distribution. En fonction de la taille, on distingue six catégories d’organismes planctoniques : – le picoplancton, de taille inférieure au μm, constitué par des bactéries et des virus ; – l’ultraplancton, de taille comprise entre 1 μm et 5 μm, constitué de petites espèces de flagellés phytoplanctoniques ; – le nanoplancton (de 5 à 50 μm) qui comprend la plupart des Phytoflagellés, des Coccolithophorides (Flagellés à exosquelette calcaire), des Diatomées, des Dinoflagellés, des Ciliés et les plus petites larves d’Invertébrés ; – le microplancton (de 50 μm à 1 mm) qui ne renferme plus que les Diatomées comme phytoplanctontes, la majorité de la population de Copépodes et une part du mésoplancton ; – le mésoplancton (de 1 à 5 mm) et le macroplancton (de 5 mm à 5 cm), qui ne comportent que des groupes zooplanctoniques ; Le problème de la flottabilité est important tant pour le phytoplancton que pour le petit zooplancton, par définition incapable de se déplacer activement dans l’eau. Le phytoplancton doit se maintenir au-dessus de la profondeur de compensation et le zooplancton se trouver dans les couches d’eau où est la nourriture. Comme la densité des organismes planctoniques est légèrement supérieure à 1, ils doivent lutter contre l’enfoncement graduel dans les couches d’eau profonde. Il y parvient par maintien d’un équilibre hydrostatique combiné à l’importance du rapport surface/volume, très élevé chez le phytoplancton et les petits zooplanctontes, qui augmente les forces de frottement que diverses adaptations morphologiques contribuent à accroître. Rôles de planctons Exemple des levures Mode de vie: Très abondantes dans la nature, les levures sont des micro-organismes se développant souvent en colonie. Les endroits où elles se propagent le plus, sont les habitats sombres et humides, mais on les retrouve également partout où il y a de la matière organique disponible. 7 Elles vivent soit : aux dépends d’organismes morts ou de déchets provenant d’êtres vivants, dans ce cas se sont des sacrophages. _soit aux dépends d’organismes vivants, auquel cas se sont des parasites. Elles prolifèrent en abondance dans les endroits riches en sucres (sur les fruits mûrs, les feuilles, le nectar des fleurs...). C’est le cas des Saccharomyces (littéralement “champignons du sucre”) Certaines sont retrouvées dans le tube digestif de certains animaux (insectes en particulier), alors que d’autres sont responsables de maladies (mycose). Historique : Les levures sont depuis des millénaires exploitées par l’homme. Leur rôle le plus ancien, déjà utilisé par les Sumériens et par les Egyptiens, était pour la fabrication de boissons alcoolisées, grâce a la fermentation alcoolique. Une autre utilisation connue depuis l’Antiquité était pour b fabrication du pain: le dégagement de gaz carbonique qui accompagne la fermentation permet de faire lever la pâte. Mais les bases scientifiques qui permirent leur culture et leur utilisation en grandes quantités ne furent découvertes qu’au XIXème siècle par le microbiologiste français. Louis Pasteur. Il prouva que la fermentation alcoolique est causée par des micro-organismes vivant et affirma que ceux-ci étaient des levures. Il montra ensuite qu’elles peuvent aussi bien vivre aérobiose qu’en anaérobiose, auquel cas elles fermentent. Utilisation : De nos jours, les levures sont toujours utilisées dans le secteur agro-alimentaire, pour leurs capacités de fermentation. Celles dont l’homme s’est Ie plus servit sont les saccharomyces. Elles participent notamment: _â la fabrication de boissons alcoolisées (vins, cidres, bières), par la fermentation alcoolique. _a la fabrication de pain: le dégagement de gaz carbonique qui accompagne la fermentation permet de faire lever la pâte. _à l’affinage des fromages, qui par la fermentation acétique contribuent á réduire l’acidité du lait caillé. _et à réalisation des yaourts, par la fermentation lactique. Depuis quelques temps, une nouvelle utilisation des levures est apparue dans le secteur industriel : elles ont le rôle d’agents producteurs d’alcool industriel, pouvant servir de substitut ou d’additif â des carburants d’origine fossile. En effet, grâce à leurs hautes capacités fermentaires peuvent assurer la bioconversion de nombreux produits végétaux en éthanol. Les levures servent aujourd’hui la recherche. De plus, leurs facilités de culture en fait des micro- organismes intéressant pour étudier la biologie moléculaire. L’étude du séquençage de leurs génomes trouve des applications concrètes dans la synthèse d’hormones ou d’antibiotiques portant un Intérêt thérapeutique. Structure cellulaire: _Son noyau contenant la chromatine, délimité par l’enveloppe nucléaire est typique des eucaryotes. _La paroi rigide protégeant la membrane plasmique et la grande vacuole, sont caractéristiques des cellules végétales. 8 _La présence dans le cytoplasme, de mitochondries servant à la respiration, révèle que la levure est hétérotrophe. Les molécules de glycogène servent de réserves nutritionnelles à la cellule. _Les autres organites connue le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi et les ribosomes sont révélateurs d’une activité enzymatique, tout connue le suggère la présence de vésicules secrétaires. _Les éventuelles cicatrices sur la membrane, dénoncent un mode de reproduction par bourgeonnement. Classification : Les levures sont des mycètes, des champignons microscopiques unicellulaires. II en existe plus d’une centaine d’espèce, mais celles-ci ne forment pas un groupe monophylétique. Cependant, leurs structures permettent d’affirmer que toutes sont des eucaryotes et des hétérotrophes. On distingue ensuite deux groupes basés sur le mode de reproduction _Les ascosporogénes : qui ont un mode de reproduction sexué par sporulation et fécondation. Ces levures sont des ascomycètes. A l’intérieur de ce groupe, les caractéristiques des spores constituent un critère important de classification. _Las anascosporogènes. qui ne connaissent pas de reproductions sexuées. Puis les espèces sont ensuite classées selon leurs équipements enzymatiques : certaines ne peuvent utiliser comme substrat que le glucose, d’autres sont capables d’assimiler le glucose, le saccharose, le maltose, le fructose… etc. La microscopie optique permet d’observer la structure des cellules. La cellule de levure peut avoir une forme sphérique ou ovoïde. Elle mesure généralement de 10 â 50 micromètres plus gros qu’une bactérie). Reproduction et cycle cellulaire : La plupart des levures, ont comme Saccharomyces cerevisiae, deux cycles de vie possibles. Elles connaissent une vie diploïde ( 2n chomosomes), pour prospérer dans un milieu pour prospérer dans un milieu favorable, la cellule adopte la phase diploïde ; et pour résister dans un milieu défavorable, elle passe une phase haploïde. La duplication par bourgeonnement permet à une souche de répandre son identité génétique dans un milieu favorable ; alors que la reproduction sexuée via la sporulation et la fécondation, permet par le brassage des gènes, l'obtention de nouvelles souches qui pourront s'adapter au variation du milieu, et par la sélection naturelle, favoriser l'évolution de l'espèce favorable, et une vie haploïde (n chromosomes) pour résister en milieu défavorable. 9 Cycle de Saccharomyces cereviaes 6) Habitat - Champignons saprophytes Il existe différents types de champignons saprophytes:. exosaprophytes : ils vivent dans le milieu extérieur, dans un milieu riche en matières organiques (ex : Cryptococcus neoformans). A l’occasion, ces champignons deviennent pathogènes et pénètrent chez l’animal.. endosaprophytes : ils vivent à l’état saprophyte au sein d’un organisme vivant (ex : Candida albicans). Champignons parasites : on distingue à titre d’exemple les dermatophytes. Ils affectent les végétaux et les animaux. Ce sont des mycoses d’origine tellurique. 7: HYSIO-PATHOLOGIE - Pouvoir pathogène. Il est variable en fonction : Facteurs intrinsèques :.âge : les jeunes animaux sont généralement plus sensibles que les adultes ;.état physiologique (gestation, ou grossesse chez la femme), déficience du système immunitaire… sont des facteurs favorisant l’apparition des mycoses. Facteurs extrinsèques :.erreurs d’élevage : les locaux confinés, chauds, humides sont favorables au développement des mycoses (ex : teignes).. abus d’antibiotiques, corticothérapie prolongée (immunodépresseurs) créent des mycoses iatrogènes. - Pouvoir toxigène Les champignons exercent une action protéolytique à l’origine des nécroses, ulcères et parfois des cavernes. Ils exercent aussi une action neurotrope par leurs toxines. - Pouvoir antigénique Il est du à des antigènes somatiques et des antigènes pariétaux qui diffusent. Ce pouvoir antigénique se manifeste par :. des réactions humorales (intervention des anticorps circulants à rôle limité dans le sang des animaux parasités).. des réactions cellulaires : hypersensibilité de type I ou IV. 8) ETIOLOGIE 10 a) Sources de contamination: elles sont doubles : - Source autogène L’animal se contamine lui-même à partir des champignons saprophytes : tels les champignons du tube digestif (endosaprophytes) : cas de Candida albicans devenu pathogène à la suite d’une défaillance immunitaire. - source hétérogène : elle est exogène essentiellement. La contamination se produit à partir d’une autre source autre que l’hôte lui même : L’animal se contamine : - soit par un champignon exosaprophyte : substrats souillés par des formes pathogènes (litière, végétaux…). - soit par un autre animal infecté. b) Mode d’infection La contamination des animaux se fait par diverses voies selon le champignon en cause : - cutanée : pour la teigne (par contact direct) - respiratoire par inhalation de poussières chargées de spores : pour l’aspergillose. c) Réceptivité - Facteurs intrinsèques. espèce animale : certains champignons sont très spécifiques tel Microsporum audouini agent de la teigne chez l’enfant.. race : la coccidioidomycose (levurose) touche principalement les populations noires.. âge : Microsporum audouini atteint l’enfant impubère uniquement (teneur en acides gras différente).. individu : l’excès d’humidité des plis cutanés (plis interdigités…) favorisent le développement des champignons. - Facteurs extrinsèques. état de santé : les maladies intercurrentes : l’ecthyma contagieux chez les ovins peut favoriser l’apparition des teignes ; les maladies générales cachectisantes ou immunodéficientes (tuberculose, cancer, SIDA…) assurent le développement des candidoses, aspergillose.. erreurs thérapeutiques : l’abus de médicaments (antibiothérapie ou corticothérapie de longue durée) favorise l’apparition des mycoses iatrogènes (ex : candidose à Candida albicans dans le tractus digestif).. erreurs d’élevage : une mauvaise conduite de l’élevage avec un environnement chaud, humide, surpeuplé, souvent rencontré en élevage avicole, constitue un facteur favorisant l’apparition de l’aspergillose aviaire. De même, les grandes concentrations animales en élevage intensif chez les bovins tendent à favoriser la manifestation des teignes Parasitologie LES PROTOZOAIRE Définition Le terme de protozoaire fait traditionnellement référence aux protistes chimioorganotrophes. (Les chimioorganotrophes sont les organismes qui utilisent les composés organiques comme sources d’énergie, d’électrons et de carbone pour les biosynthèses). Les zoologistes qui se spécialisent dans l’étude des protozoaires sont des protozoologistes ; l’étude de tous les protistes, indépendamment de leur type métabolique, est la protistologie. 11 Par définition, un protozoaire (Gr. proto, premier + zoa, animal) est un organisme complet dont toutes les activités vitales se réalisent dans le territoire limité par la membrane plasmique. Celle- ci n’est pas doublée par une paroi collagénique ou chitineuse. Les protozoaires ont une organisation unicellulaire (cyroplasmique) eucaryote ce qui n’implique pas que ce soit des organismes simples. Souvent, ils sont plus complexes que n’importe quelle cellule des organismes supérieurs. Chez certains protozoaires les individus se regroupent pour former des colonies, associations dans lesquelles ils demeurent indépendants les uns des autres pour la plupart des fonctions. Les colonies de protozoaires, toutefois, peuvent être très complexes avec des individus qui se spécialisent et faire la distinction entre une colonie et un organisme multicellulaire devient alors difficile. HELMINTHES=vers 12 helminthe(s), n. m. (helmintha). Terme général désignant divers animaux généralement parasites du groupe des vers. helminthologie, n. f. (helminthology). Branche de la zoologie dont l’objet est l’étude des vers. 13 Partie III. BACTERIES I. Milieu de vie Les bactéries au groupe procaryotes et dérivent des algues bleues. Faisant preuve d'une extraordinaire diversité, les bactéries ont colonisé tous les milieux (air, eau, sol et être vivant…). Certaines peuvent même vivre dans des conditions extrêmes. Les micro-organismes sont ubiquitaires, ils sont présent dans tous les écosystèmes : - Dans les mers et les océans, ils constituent la biomasse (base du 1er échelon de la chaine alimentaire) qui nourrit l’ensemble de la faune marine. Dans le sol, ils jouent un rôle dans la décomposition de la matière organique, la fourniture de l’azote assimilable aux plantes, la minéralisation de la matière organique. Les micro-organismes participent activement aux équilibres gazeux de l’atmosphère, en étant à la fois producteurs et consommateurs, d’O2, H2, N2 CO2, CH4. Le long de l’appareil digestif des animaux. En effet, ce dernier est tapissé de bactéries très utiles à notre bien-être digestif, puisqu’elles nous procurent les enzymes nécessaires à la digestion de certains aliments. De plus, elles évitent que d’autres micro-organismes dangereux colonisent le tube digestif et nous rendent malades. La majorité d’entre elles sont apportées à la naissance par la mère, puis, par l'environnement et la nourriture. Tout au long de la vie, les populations évoluent. Bactéries commensale : On appelle flore commensale un ensemble de bactéries qui vivent sur ou dans un organisme sans lui porte préjudice. Elle contribue soit à sa défense, soit à son fonctionnement, soit au bon état de ses muqueuses. La flore commensale est principalement sur les muqueuses : peau, tube digestif, arbre respiratoire, appareils génitaux. Bactéries pathogènes : sont des bactéries qui provoquent un ensemble de troubles spécifiquesplus ou moins sévères chez un hôte infecté. Bactéries opportunistes: bactérie commensale normalement présente dans l'organisme sans l'affecter, mais qui peut provoquer une maladie à la suite d'une diminution des défenses de l'organisme (chez les immunodéprimés ou les malades du SIDA…). II. utilité des Bactéries Certaines bactéries participent dans la fertilisation du sol car forment certains cycle comme le cycle d’azote. Elles peuvent solubiliser les métaux lourds : la biolixiviation. Elle est utilisée pour l’extraction de cuivre, de fer, de l’ocre, de manganèse. Dans l’industrie alimentaire, on utilise les bactéries pour la préparation de yaourt et de fromage. L’acide lactique et citrique sont utilisés pour conserver la viande pour fermentation de la bière et le vin. Dans l’industrie pharmaceutique les bactéries sont utilisées dans la production des antibiotiques, la synthèse de certains médicaments, l’insuline, les hormones de croissance, des vaccins, des interpherons. Les bactéries sont à l’origine de formation de houille et de petrole. D’ailleurs en cas de pollution, on jette des bactéries dans la mer et elles neutralisent le pétrole : bioremediation. Les bactéries sont utilisées dans la lutte biologique. Chez l’homme les bactéries produisent les vitamines (B1, B12 et K). Les eaux, les sédiments et les sols pollués par des hydrocarbures, du PCB (Polychlorobiphényle), le trichloréthylène (solvant dégraissant et antitaches domestique), des 14 pesticides ou des métaux lourds, peuvent être nettoyés (dépollués) par des micro-organismes. Les techniques utilisées sont la bioremédiation, la biostimulation et la bioaugmentation. Ces traitements peuvent être effectués sur site, ou hors site. Selon la nature du polluant, le traitement peut être aérobie (pour les hydrocarbures) ou anaérobie (pour le PCB). Il faudrait donc stimuler les micro-organismes ayant le bon type respiratoire. La bioremédiation est une biodégradation de polluants par un ensemble de micro-organismes inconnus, présents sur le site pollué. La biodégradation peut induire un changement mineur dans la structure du polluant, elle peut le fragmenter ou le minéraliser complètement. La biostimulation consiste à stimuler au moyen d’adjuvants chimiques ou biochimiques la dégradation des polluants par les micro-organismes autochtones. C'est l’une des techniques de bioremédiation la plus utilisée du fait de son faible cout et de sa facilité à mettre en œuvre. La bioaugmentation est l’apport de micro-organismes à un site pollué, pour rendre possible ou améliorer la biodégradation d'un polluant dans le sol ou dans la nappe phréatique. La bioaugmentation est indispensable lorsque le milieu pollué ne contient pas les micro- organismes capables d'effectuer la biodégradation. III. morphologie Les bactéries sont des microorganismes avec une taille comprise entre 0,1 et 5 um de large et 0,2 (Chlamidia) à 250 (Spirochète) um de longs en moyenne (0,2 à 10 um). Une espèce Thiomargarita namibiens la plus grande bactérie connue découverte en 1997 mesurant à 0,75 mm visible à l’œil nu. Il existe environ 10 000 espèces connues à ce jour, mais la diversité réelle est probablement supérieure. Elles présentent des formes très variées mais il existe 3 principales. 3.1. Bactéries de forme sphérique, Sont aussi appelées arrondies ou cocci. Elles mesurent entre 1 et 2 um de diamètre. Selon le mode d’association on distingue :  Monocoque : cocci simple  Diplocoque : chaque cellule se divise selon un plan pour donner deux nouvelles cellules étroitement associées (menincocoque, pneumocque.gonocoque)  Streptocoques : les cocci sont disposées en chainette plus ou moins longue flexueuse. Ils proviennent de la division des cellules suivant un plan et les cellules restent associer en grand nombre (streptocoque hémolytique).  Tétrade : ce sont des cocci associées par et résultent d’une division selon deux plans perpendiculaires.  Sarcines : ce sont des cocci formant des tubes réguliers provenant de la division des cellules suivants 3 plans perpendiculaires. Chaque tube correspond à 8 cellules ou plus.  Staphylocoques : les cocci sont en grappes. Ce groupement est dû à des divisions désordonnées suivants toutes les directions de l’espace (staphyloccus aureus). 3.2. Bactéries de forme cylindrique ou en bâtonnet: Leur taille varie entre 1,2 et 10 um. Elles caractérisent un type des bactéries appelées Bacilles. On en distingue deux principales:  Le bâtonnet droit ou bacille (allongée), isolée, en chaînette ou en amas, de longueur et de diamètre variables :E.coli, Salmonella, Bacillus.  le bâtonnet incurvé ou vibrion:forme cylindrique est celle du vibrion, bacille incurvé, en virgule :(Vibriocholerae) 15 3.3. Bactéries de forme spiralée : spirilles, spirochètes, comme Treponema. Il existe un petit groupe d’organisme allongés qui ont une allure ondulée caractéristique due à l’enroulement en hélice : on les appelle des Spirille. Certaines bactéries sont déformable. Ce sont des spirochètes et des leptospires. Un groupe particulier de bactéries de forme filamenteuse se rapprochant des moisissures : les Actinomycètes IV. Structure et Fonctionnement Les bactéries présentent des éléments constants (Paroi - membrane plasmique-Periplasme- Cytoplasme – Chromosome-Ribosomes – Polysomes) et des éléments facultatifs (Capsule - Pill et Fimbriae –Flagelle-Mesosome – Plasmide-Vacuole à gaz — Inclusions de réserve – spore). 4.1 Paroi C’est l’enveloppe externe et rigide qui existe chez toutes les Bactéries à l’exception de Mollicutes (Mycoplasma pneumoniae). Elle assure intégrité et elle est responsable de la forme des cellules. Elle protège des variations de pression osmotique très forte à l’intérieur (5 à 20 atm). Sans la résistance de la paroi la bactérie éclatera. La paroi représente 15 à 30% du poids sec du Bactérie. a) Structure chimique de la paroi En dehors des bactéries halophiles et thermophiles, la partie commune à toutes les parois bactériennes est un polymère complexe appelée peptidoglycane ou mureine. La mureine est un héteropolymère formé des éléments :  Une épine dorsale alternant des chainons de N-acétylglucosamine et une molécule d’acide N-acétylmuramique  Chaine latérale : l’acide acétylmuramique est en outre associé à une courte chaîne peptidique de quatre acides aminés appelés tétrapeptides « Ala (D et L) D-Glu, L-Lys, acide diaminopomélique (DAP) ». l’enchainement des aminoacides D L est constant.  Pond interpeptidique. Cette structure de polymère en réseau, qui donne à la cellule sa rigidité. Les autres constituants de la paroi sont les acides téichoïque localisé à l’extrémité de la paroi, les oses et les lipides. L'acide téichoïque est un acide qui permet au peptidoglycane de s'attacher à la membrane des bactéries. IL est présent sur les Gram + mais pas sur les Gram - La composition de la paroi à permis de diviser les bacteries en deux groupe. 16 b) Coloration de Gram Le principe de coloration de de Han Christian Gram 1884 Après fixation du frottis on colore avec le violet de gentiane. On rince avec de l’eau. On rajoute un fixateur qui est le Lugol. On rince avec de l’eau distillée. On procède ensuite à une étape de décoloration par un mélange d’alcool et d’acétone. Ce dernier pénètre dans les bactéries Gram négatives et non dans les bactéries Gram positives dont les pores ont fermés par déshydratation par l’alcool. On rince et on procède à une contre coloration à la safranine. Les Gram positives vont apparaître violets et les Gram négatives roses. A. Paroi de Gram +: - Le peptidoglycane est le constituant majeur (90%), il est très solide (épais 15 à 30nm), les liaisons croisées entre chaînes glucidiques sont nombreuses. Ce peptidoglycane est séparé par un espacepériplasmique. 17 - Le reste correspond à l’acides teïchoiques (10%), sont des polymères de glycérol et de ribitolreliés à des groupes PO4 et dépassent la paroi ; les acides lipoteichoïques s’enchâssent dans la membrane cytoplasmique. - Les acides LT retiennent le violet lors de la coloration de Gram. - Peu ou pas de protéines, sauf exceptions comme la protéine A de S. aureus. B. Paroi de Gram - : Beaucoup plus complexe, elle est constituée du peptidoglycane et de la membrane externe, Il y a plusieurs couches: - Le peptidoglycanese présente sous la forme d'une couche mince (3 à 5nm) - La membrane externe: Elle est séparée de la membrane plasmique par l'espace périplasmique (donc le peptidoglycane est au milieu de l'espace). - Lipopolysaccharides (LPS) : formé de 3 parties : - Le lipide (A) possédant une partie hydrophobe et une partie hydrophile. - Le polysaccharide central, constitué de 10 sucres. - La chaine latérale O, ou antigène O, chaine courte, sa composition varie selon la souche bactérienne. NB : Le LPS joue plusieurs fonctions, telle que l’attachement sur les surfaces, bloque l’entrée de substances toxiques. Il agit comme une endotoxine (lipide A) qui cause les symptômes des maladies induites par des Gram négatives. c) Fonction de paroi bactérienne : Afin d’étudier les rôles de la paroi, on utilise un enzyme, le lysozyme. Le lysozyme coupe les liaisons β 1-4 glycosidiques entre le NAG et l’ANAM. Il en résulte une destruction totale du peptidoglycane chez les bactéries Gram(+), et une fragmentation de celui-ci chez les Gram(-) car le peptidoglycane est moins accessible à cause de la membrane externe. Expérience : 1- On place une souche de Bacillus subtilis (bacille Gram+) en milieu hypotonique : la bactérie se comporte normalement. 2- Si on ajoute du lysozyme à cette suspension, les bactéries gonflent et éclatent. 3- On fait la même expérience en milieu isotonique, les bactéries n’éclatent pas en présence de lysozyme, mais elles prennent une forme sphérique appellée : PROTOPLASTE. Les protoplastes ne possèdent plus les propriétés antigéniques de la bactérie, ne se divisent plus, ne fixent plus les bactériophages et sont incapables de mobilité. 4- On fait la même expérience avec Escherichia coli (bacille Gram-) : en milieu isotonique + lysozyme, les bactéries prennent une forme sphérique appelée : SPHEROPLASTE. Les sphéroplastes conservent toutes les propriétés initiales de la bactérie. 1- assurer le maintien de la forme de la bactérie. 2- assurer une protection contre la pression osmotique intracellulaire. 3- propriétés antigéniques. 4- permettre la fixation des bactériophages. Ils reconnaissent des récepteurs localisés sur le peptidoglycane des Gram(+) ou la membrane externe des Gram(-). 5- participer à la mobilité. En effet, les flagelles sont implantés dans la membrane cytoplasmique mais ne peuvent pas fonctionner en absence de peptidoglycane. 6- la toxicité. Chez les Gram(-), le LPS est une endotoxine. 18 7- la perméabilité. La paroi laisse passer de petites molécules comme l’eau, les sels minéraux ou des métabolites simples. Par contre elle est plus ou moins perméable à certains solvants. 4.2 Membrane cytoplasmique 1) structure La membrane cytoplasmique est sous la paroi et elle limite le cytoplasme de la bactérie. Au microscope électronique, elle présente la même structure que la membrane des Eucaryote. Elle a une épaisseur de 8 Ӑ environ et comporte deux feuillets denses limitant un feuillet interne transparent (structure en double feuillet). Elle contient principalement des phospholipides (30 à 40%) et des protéines (60 à 70%). On distingue deux catégories de protéines : les protéines périphériques et les protéines intégrales qui traversent complètement le double feuillet. La membrane plasmique contient les enzymes de la chaine respiratoire, les déshydrogénases et les coenzymes associés : NAD+, FAD, cytochromes, cytochrome oxydase. D’autres enzymes impliquées dans la synthèse des lipides et dans la réplication de l’ADN y sont localisées. Il s’ajoute à ces composés majeurs, des composants mineurs notamment les oses, les glucosamines. L’absence de stérols est constante. 2) Fonction Certaines enzymes de la membrane plasmique interviennent dans la synthèse de divers constituants de la bactérie dont les lipides membranaires, les peptidoglycane, l’acide téchoique de la paroi. Il y a également les lipo-polysaccharides et les polyosides qui sont les macromolécules de la paroi. Mais les deux fonctions essentielles de la membrane plasmique sont la respiration et la permuation. a) Respiration Entant que support des enzymes impliquées dans la respiration cellulaire, la membrane plasmique est équivalent structurale et fonctionnelle des mitochondries des cellules Eucaryotes. Elle fournit en effet l’énergie nécessaire au métabolisme de la bactérie. b) Permuation Contrairement à la membrane plasmique des Eucaryote qui est douées de plasticité, celle de cellule bactériennes interpose une barrière semi-perméable au micromolécule et infranchissable aux substances de taille supramoléculaires. D’une manière générale, elle contrôle les échanges entre le cytoplasme et le milieu extérieur. Ces échanges se font par diffusion passive, diffusion facilité, transport actif qui utilise les perméases. b.1 diffusion passive Elle concerne les molécules de petites tailles qui sont de différentes substances non métabolisées par la cellule. Elle traverse la membrane cytoplasmique du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré. b.2 diffusion facilité Elle se fait pour des molécules plus importantes et hydrophiles dont le transport est facilité par une protéine porteuse. Celle-ci subit un changement de conformation au cours de transport. Elle 19 n’est accessible que sur l’une de deux faces de la membrane plasmique. Le passage se fait dans le sens du gradient de concentration. b.3 transport actif C’est le passage des ions en sens inverse de gradient de concentration impliquant une dépense d’énergie par la cellule. Ainsi on observe de la forte concentration d’ions minéraux dans le cytoplasme supérieur à la concentration de l’extérieur. b.4 les perméases Ce sont des enzymes spécifiques qui permettent à de nombreux métabolites de traverser la membrane plasmique de façon active. Elles constituent le système stéréospécifique c’est-à-dire qu’il est constitué de surface complémentaire pour chaque substance. c) Dépendance de la membrane plasmique Chez les Bactéries, il existe des structures membranaires intracytoplasmiques appelées mésosomes. Ils sont surtout fréquents chez les bactéries Gram+. Ce sont des invaginations membranaires qui forment des vésicules, tubules ou des lamelles. Chez les bactéries Gram-, ils sont moins fréquents et sont sous forme de membrane enflée. Les mésosome sont en liaison étroite avec l’appareil nucléaire. Ils contiennent de 30 à 80% moins des enzymes respiratoires que la membrane plasmique. Et de ce fait, ils jouent un rôle moins important que la membrane plasmique dans la respiration. 4.4 Capsule La capsule est bien organisé, bien définie, et difficilement détachable de la Bactérie. C’est une enveloppe formé de polysaccharide qui recouvre la paroi de certaines Bactérie. Son épaisseur est de 0,5 à 2 um, peut être supérieur aux diamètres de bactérie. Parce qu’elle est lisse et glissante, les polynuclaire ne peuvent pas se fixer sur la paroi. Elle représente un moyen de défense efficace pour les Bactéries qui en sont pourvues. Cependant elle n’a pas un rôle vital (une bactérie sans capsule peut vivre et se multiplier). La capsule protège les bactéries contre le rayonnement Ultra-Violet, la dessiccation, les agents physiques et chimiques. Elle s’oppose à la phagocytose en diminuant l’adhésion de la bactérie aux macrophages. Elle exerce un chimiotactisme négatif sur les leucocytes. Elle est le support des antigènes ce qui permet de distinguer les différents sérologiques (par exemple 70 type sérologique différents ont été identifiés chez les streptococcus pneumoniae) d’où leur intérêt diagnostique et épidémiologique. 4.5 les flagelles En bactériologie, elle sont synonyme de cils. Les flagelles sont des organes locomoteurs et très rare chez les coques (cocci). Leur nombre varie selon les espèces et mesure de 16 à 20um de long et 300A d’épaisseur. Les flagelles sont fixés au niveau de la membrane plasmique par un crochet. Il est constitué par une protéine spécifique appelé flagéline dont la nature varie selon les bacterie et peut se détacher de la Bactérie sous une violente agitation de culture. En plus de la mobilité elles ont un rôle antigénique et un chimiotactisme positif avec certaines substances. elles peuvent se fixer par la cellule suivant deux mode :  Insertion polaire : les flagelles se fixent sur un ou deux extrémités de la cellule bactérienne. On distingue les motriches, les lopotriches et les amphitriches  L’insertion péritriche : les flagelles sont autour de la cellule bacterienne. 20 4.6. Pili 4.6.1. Structure A ce jour on distingue 4 types de Pili (I, II III et IV). Il est plus juste de nommer les types I, III, IV des fimbriae et le type II un Pili sexuel. Les fimbriae : mot latin, signifie filament ». C’est un appendice court (de l’ordre de 1µm), creux, rigide, composé de protéines disposées en hélice. Il est largement retrouvé en grand nombre autour du corps bactérien (1000) chez les Gram négatives et exceptionnellement chez les Gram positives. Les pili sexuels ou de type II : Pili en latin signifie cheveu. Ils sont plus longs et plus épais que les fimbriae (10 µm, 9 nm respectivement) et moins nombreux (1 à 4 par cellule). Le gène pili est porté par un plasmide conjugatif. 4.6.2 Fonction Les fimbriae de type I, III, jouent un rôle dans l’adhésion des bactéries aux différents supports vivant ou non. Ils favorisent la formation de biofilm. Les fimbriae de type IV, retrouvés par exemple chez Pseudomonas aeruginosa , en plus de l’attachement, ils sont impliqués dans un autre mode de mobilité, dite saccadée. On les retrouve au niveau des pôles des cellules bactériennes. Les fimbriae IV se contractent et se rétractent comme un ressort, pour permettre la mobilité de la bactérie. Le pili sexuel ou de type II: Il a un rôle dans la conjugaison bactérienne (un des 3 modes de transfert de matériel génétique d’une bactérie à une autre). Les pili sexuels de la bactérie donatrice vont permettre de reconnaître une bactérie réceptrice (de l’amarrer) et entraîner la création d’un pont cytoplasmique entre les 2 bactéries, permettant ainsi le passage d’une molécule de plasmide. 4.7 Le cytoplasme Délimité par la membrane cytoplasmique, il est caractérisé par la rareté et même l’absence d’organite et par une densité très forte. C’est un sorte de gel à pH neutre contenant de l’eau et: Des ribosomes nombreuse (180 000 chez E.coli): qui interviennent dans la synthèse des protéines. Sont associés en chapelets sur l’ARNm sous forme de polysomes. Des substances de réserve = inclusions cytoplasmiques : en général, chaque groupe de bactéries synthétise une seule catégorie de substances de réserve qui forment des agrégats, parfois de grande taille. Cela peut être des glucides (amidon et glycogène), des lipides (poly- 21 hydroxy-butyrate), du polyphosphate, et parfois des minéraux (fer, soufre). Des organites spécialisés : On trouve des chromatophores ( chlorobium et chlorophylle dif de Eucaryote ) (organites spécialisés dans la photosynthèse), des vacuoles à gaz (permettant aux bactéries aquatiques de flotter à la surface de l’eau cas des bacterie vertes et pourpres). 4.8 Appareil nucléaire L’information génétique de la bacterie est portée par des génophore nucléaires et plasmidiques. La majorité des Bacteries possèdent un chromosome unique, circulaire. En plus il existe de L’ADN extra chromosomiques appelé plasmide (forme circulaire). Il existe 5 types : -le plasmide copulatif : responsable de conjugaison bacterienne et autotransmissible d’une bacterie à l’autre. On les appelle « épisomes » - les plasmides R : non transférable par conjugaison. Ils sont responsables de la résistance bacterienne au antibiotique. -les plasmides col qui code pour la bactéricide -plasmide de virulence qui code pour la toxine -plasmide métabolique qui code pour la synthèse des e,zyme qui catalysent le métabolisme de molécules complexes. V. Spore L’endospore ou spore est un organite facultatif qui se forme au sein du cytoplasme de certaines bactéries et qui diffère de la cellule végétative par sa forme, sa structure, son équipement enzymatique et par sa résistance aux agents physiques et chimiques, ce qui lui permet de survivre dans des conditions très défavorables. Morphologie Les spores sont de petites unités ovales ou sphériques. Elles peuvent déformer ou non le corps bactérien. Leur position dans la cellule est variable : centrale, terminale, subterminale. Elles servent également dans l’identification bactérienne. La spore peut-être libre ou non. La recherche de tous ces caractères se fait dans un but taxonomique. Phénomène de sporulation : Des conditions défavorables de croissance entraînent la sporulation ou l’absence de germination de la spore. Il représente le passage de la forme végétative à la forme sporulée. Elle est provoquée par l’épuisement du milieu en substrat nutritif et elle peut nécessiter des conditions particulières : absence d’oxygène pour les Clostridium, présence d’oxygène au contraire pour B. anthracis. Le processus de sporulation débute à la fin de la phase exponentielle et se déroule en 6 étapes : Stade I : formation du filament axial : la division nucléaire n’étant pas suivie d’une division cellulaire, les deux génomes fusionnent donnant un filament chromatique axial. Stade II : les deux génomes se séparent et en même temps 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. Ce septum va envelopper le cytoplasme de la plus petite partie pour former une préspore caractéristique. Stade III : Engloutissement de la préspore. Stade IV : entre les deux membranes limitant la préspore se forme la paroi sporale puis apparaît rapidement le cortex. Stades Vet VI : apparition des tuniques et après maturation. Stade VII : la cellule végétative se lyse et libère la spore. 22 Propriétés La spore possède de nouvelles propriétés par rapport à la cellule végétative : Dans la nature (conditions naturelles), la spore permet de résister aux manques d’eau et de nutriments. Expérimentalement on a démontré les propriétés suivantes : *La thermo résistance : La spore résiste en général à des températures de 70-80°C pendant 10 minutes, parfois plus. Cette propriété est due à la présence de l’acide dipicolinique, la déshydratation de la spore et aux protéines « SASP » (petites protéines acides et solubles pouvant se fixer à l’ADN. *Résistance aux agents physiques et chimiques : La spore résiste aux rayons Ultraviolets, aux rayons gamma (Calcium, et SASP). Aux antiseptiques, désinfectants, antibiotiques (la tunique). *Synthèse d’antibiotiques : Certaines bactéries synthétisent des antibiotiques au début de la phase de sporulation. Mais aussi des toxines (entérotoxine de Clostridium perfringens) ou des substances à activité biopesticide(toxines qui tue des insectes). La Germination : Afin que la spore germe, elle doit se trouver dans des conditions favorables : eau, nutriments, pH, force ionique, température convenable, aucun d’agent antimicrobien. Placée dans des conditions favorables (eau glucose acides aminés) la spore redonne naissance à une cellule végétative. On distingue 3 stades dans le processus de germination : 1- L’activation :correspondant à une lésion des enveloppes sporales par des agents physiques (choc thermique) ou chimiques (acides, lysozyme) ou mécaniques (abrasion, choc). 2- L’initiation : débute en présence de conditions favorables d’hydratation et de métabolites effecteurs (alanine, magnésium, adénosine) qui pénètrent à travers les enveloppes endommagées. Des enzymes hydrolytiques dégradent les constituants de la spore ; il y a libération du dipicholinate de calcium. Le cortex ainsi détruit, la spore s‘imbibe d’eau et gonfle. 3- L’émergence de la nouvelle cellule végétative, grâce à l’altération des enveloppes. 23 24 VI. physilogie Bacterienne : Nutrition et croissance 6.1 Nutrition Elles necessite m’intervention de deux type de substances : -les substances élémentaires qui constituent la cellule, elles peuvent etre carbonées azotées ou minerales ; -les substances énergetiques qui permettent à la cellule de synthètiser ses propres constituats. Ces besoin énergetiques élementaires ont permi de définir de types trophiques suivant des caractères ci-après : La nature de source d’énergie, la nature de la source de carbone et la nature d’accepteur ultime d’électron dans la réaction d’oxydo-réduction. a) Source d’énergie Elle permet de distinguer deux types tropiques : Les phototrophes : chez ces bactéries la source d’énergie est lumineuse. Les composés fournisseurs d’électrons sont minéraux pour les bactéries Photolithotrophes ou organique pour les bactéries photoorganotrohes Les chimiotrophes : la source d’énergie est d’origine chimique. La synthèse de l’ATP se fait par phosphorilysation ou par oxydation phosphorylente liée au phénomènes de respiration. Là aussi les fournisseurs d’électrons sont mineraux pour les bactéries chimiolithotrophes ou organique pour les bactéries chimioorganotrophes. b) Source de carbone Elle permet également de définir deux types trophiques : L’autotrophe dans le cas où la source de carbone est minérale, il s’agit de Co2 ou de sel de CO2. En général, les bacteries autotrophes sont chimiolithotrophes ( fournisseur d’électron son des sources minérales). L’hétérotrophe : la source de carbone est obligatoirement un composé organique. Toutes les bactéries chimioorganotrophe sont hétérotrophes. 25 c) Accepteur final d’électron C’est un critère qui concerne les bactéries chimiotrophes. Si l’accepteur final d’électron est de l’oxygène, on a des bacteries aérobies. Dans le cas contraire, ce sont des bactéries anaérobies. On distingue 3 groupes chez les chimiotrophes. -aérobies strictes : l’oxygène libre est l’accepteur obligatoire d’électron. Les bactéries de ce groupe ont donc une respiration aérobiques. Elles synthètisent l’ATP par oxydation phosphorylante. -anaérobies strictes : les bactéries se développent en absence de l’oxygène moléculaire, il y en a un métabolisme fermentaire et d’autre en ont un métabolisme respiratoire aérobie. - aéro-anaérobies : la majorité des bactéries hétérotrophes aàppartiennent à ce groupe. La plupart peuvent passer d’un métabolisme respiratoire aérobique à un métabolisme fermentaire selon les conditions d’aérations. D’autre ont un métabolisme purement fermentaire mais tolère l’oxygène. d) facteurs physiques *temperature Les bactéries peuvent être classées selon leur température optimale de croissance. Bactéries mésophiles (Ex. : Escherichia coli) : température de croissance proche de celle du corps humain (37°C) Bactéries thermophiles (Ex. : Thermus aquaticus) : températures de croissance comprises entre 45°C et 70°C Bactéries hyperthermophiles (Ex. : Archaea) : températures de croissance supérieures à 80°C Bactéries psychrophiles (Ex. : Pseudomonas) : Températures proches de 0°C (optimum à 10- 15°C) Bactéries psychrotrophes (Ex. : Pseudomonas) : températures de croissance proches de 0°C avec optimum de croissance proche des bactéries mésophiles Bactéries cryophyles : température optimale est de -5°C * pH Le pH (concentration en ion hydrogène [H+]) de l’environnement varie entre 0,5 (sols acides) et 10,5 (eaux alcalines des lacs). Les bactéries pathogènes ou liées à l’écosystème humain se développent le plus souvent dans des milieux neutres ou légèrement alcalins. On distingue : Les bactéries neutrophiles se développent pour des pH sont compris entre 5,5 et 8,5 avec un optimum voisin de 7. Les bactéries alcalophiles préfèrent les pH alcalins: cas de Pseudomonas et Vibrio. Les bactéries acidophilesse multiplient mieux dans des milieux acides : cas des Lactobacillus. Pour garder un pH interne neutre, le mécanisme de résistance des bactéries est : - Membrane cytoplasmique devient imperméable aux protons, - Bactéries neutrophiles : échange de potassium contre des protons, - Bactéries alcalophiles : échange d’ions sodium contre des protons, - Production de déchets métaboliques acides ou alcalins. *Pression osmotiques 26 Elle permet de subdiviser les bactéries en trois groupes : -les non halophiles qui peuvent se développer dans les milieux où la concentration de NaCl est inférieure à 0,2M ; -les halophiles qui se développent à une concentration comprise entre 0,2M et 0,7M ; -les halotolérantes : qui se développent à une concentrationélevée en NaCl. De manière générale, Les bactéries sont assez tolérantes aux variations des concentrations ioniques. Certaines espèces sont osmotolérantes (staphylocoques, Vibrio cholerae). 6.2 La croissance A. Méthodes de numération (dénombrement) 1. Numération totale directe Cette technique permet le dénombrement de la totalité des bactéries. Elle se fait au microscope en utilisant des compartiments volumétriques (ex.: cellule de Thomas). Récemment, la numération a été automatisée; elle se fait par des compteurs automatiques de particules. L'inconvénient majeur de cette méthode est qu'elle ne distingue pas entre les bactéries viables et mortes. Elle n'est donc fiable que dans les conditions où la plupart des bactéries sont vivantes. 2. Numération indirecte des cellules viables Cette méthode permet l'appréciation des bactéries viables et cultivables. Après avoir effectué une série de dilutions, une aliquote (0,1 ml en général) des dilutions convenables est étalée à la surface d'un milieu gélosé approprié. Après incubation, chaque cellule se multiplie pour donner une colonie visible à l'œil nu. En tenant compte du facteur de dilution, nous pouvons déduire la concentration bactérienne initiale. Parfois, il arrive que plus d'une bactérie donne une seule colonie; il est donc plus prudent de donner la concentration bactérienne en unités formant colonies (UFC) par millilitre. B. Méthodes d'estimation de la masse bactérienne On peut utiliser des méthodes directes ou indirectes. 1. Mesure physique directe du poids frais, du poids sec ou du volume cellulaire après centrifugation. 2. Mesure chimique directe de quelques constituants cellulaires, tels que l'azote total, les protéines totales ou encore l'ADN total. 3. Mesure indirecte de l'activité métabolique, en appréciant, par exemple la production ou la consommation d'O2 ou de CO2. 4. Mesure de la turbidité (densité optique) d'une culture bactérienne à l'aide d'un spectrophotomètre. Si la technique est bien maîtrisée, on peut avoir des estimations correctes de la croissance bactérienne. C'est la technique la plus employée car la plus simple, la plus rapide et la moins coûteuse. Son inconvénient majeur est sa sensibilité relativement modérée; il faut des concentrations d'au moins 107 bactéries / ml pour avoir des densités optiques mesurables. C. expression On exprime la croissance bactérienne en : *Temps de Génération : c’est l’intervalle du temps qui sépare deux divisions successives. C’est 𝑡 donc le temps que dure le cycle. Il est exprimé par Ө= 𝑛 𝑛 *taux de croissance : c’est le nombre de génération par unité de temps. ᵘ= 𝑡 D. courbe de croissance bactérienne 27 La croissance d’une bactérie s’étudie en milieu liquide ou solide, on porte en ordonnée le Log de nombre de Bactéries et en abscisse le temps. Il existe 4 à 6 phases dont l’ensemble constitue la courbe de croissance. Phase de latence : le taux de croissance nul (µ = 0). La durée de cette phase dépend de l’âge des bactéries et de la composition du milieu. C’est le temps nécessaire à la bactérie pour synthétiser les enzymes adaptées au nouveau substrat (pas de phase de latence si repiquage sur milieu identique au précédent). Phase d’accélération : il se produit une augmentation de la vitesse de croissance. Croissance exponentielle : le taux de croissance atteint un maximum (µ=max). Cette phase dure tant que la vitesse de croissance est constante. Le temps de doublement des bactéries est le plus court. La masse cellulaire est représentée par des cellules viables (mortalité nulle). Phase de ralentissement : la vitesse de croissance régresse. Il y a un épuisement du milieu de culture et une accumulation des déchets. Il existe un début d’autolyse des bactéries. Phase maximale stationnaire : le taux de croissance devient nul (µ = 0). Les bactéries qui se multiplient compensent celles qui meurent. Il se produit une modification de l’expression des gènes. Les bactéries en état de déprivation synthétisent des protéines de manque qui rendent la cellule plus résistante aux dommages : augmentation du pontage du peptidoglycane, fixation des protéines à l’ADN des cellules de manque, chaperones qui empêchent la dégradation protéique et renaturent les protéines endommagées ; Phase de déclin : le taux de croissance est négatif (µ < 0). Toutes les ressources nutritives sont épuisées. Il y a accumulation de métabolites toxiques. Il se produit une diminution 28 d’organismes viables et une lyse cellulaire sous l’action des enzymes protéolytiques endogènes. Cependant, il persiste une croissance par libération de substances libérées lors de la lyse (croissance cryptique). La mort cellulaire est caractérisée par l’absence de réplication irréversible. D. phénomène de Diauxie lorsqu’il y a deux source de carbone (sucre) dans un même milieu , les bactéries peuvent les utiliser simultanément, on obtient une seule phase à croissance exponentielle. Par contre ces sources peuvent être utilisées successivement, on obtient une courbe à croissance exponentielle biphasique : c’est le phénomène de diauxie. Exemple glucose et lactose Dans un milieu contenant du glucose et du lactose, les bactéries vont utiliser en premier le glucose grâce à des enzymes constitutives qui entrainent une division rapide après l’épuisement de glucose, on observe une phase de latence adaptif. La dégradation du lactose est sous la dépendance d'enzymes inductibles dont l'induction est réprimée en présence de glucose. Lorsque le glucose est consommé, les bactéries utiliseront le lactose et initieront une nouvelle phase de croissance exponentielle après ce temps de latence adaptatif au cours duquel sont synthétisées les enzymes adaptifs (β galactosidases). e) Les Cultures continues Dans un milieu non renouvelé, la phase de déclin est vite atteinte. Cela crée des problèmes pour les bioindustries. Du point de vue économique, il est très important de prolonger la phase exponentielle plusieurs jours. La solution est de renouveler constamment le milieu de culture et en récupérant les produits du métabolisme et les déchets. Les croissances continues sont obtenues à l'aide de chemostat et d’autres équipent plus complexes. Le système est constamment agité et alimenté en air stérile. Le système est constamment agité et alimenté en air stérile. Le principe du chemostat repose sur le control indépendamment, du taux de croissance et de la production de biomasse. Cela est possible en jouant sur le taux de dilution et la concentration des nutriments. Une préparation nutritive qu’on prépare au laboratoire pour cultiver les micro-organismes est appelé milieu de culture. Les bactéries introduites dans le milieu de culture constituent l’inoculum. Les micro- organismes qui s’y développent forment une culture. f) Agents antimicrobiens La stérilisation : est l’action de tuer toutes les formes de vie microbienne contenues dans une préparation ou présents à la surface d’un objet. La désinfection : est une mesure qui a comme objectif de détruire les microbes pathogènes. Elle est inefficace sur les endospores. 29 La décontamination : comme la désinfection est une action au résultat non permanent. Elle permet d’inhiber les micro-organismes, sans forcement les tuer. Elle s’applique à des tissus vivants. L’asepsie est l’ensemble des règles à respecter par les équipes médicales pour éviter l’apport de microbes exogènes. Action peut être: bactériolytique, bactériostatique bactériostatique g) Les modes d’action des agents antimicrobiens Qu’ils soient physiques ou chimiques, ils agissent sur la croissance bactrienne en altérant la paroi, ou la membrane plasmique. En dénaturant les protéines cytoplasmiques ou les acides nucléiques ( 5 mécanismes voir figure ci-après). On distingue 3 classes d’agents antimicrobiens : -Les agents physiques (réfrigération, congélation, pasteurisation, appertisation, autoclave, tyndallisation, Pascalisation, Radiations -Les agents chimiques (Ils sont très actifs mais toxiques pour l’homme. Ils ne peuvent être ingérés) Oxydation et dénaturation des protéines (H2O2, alcool) Altération de la membrane cytoplasmique (phénoliques, savons, détergent) Action sur le métabolisme (bleu de méthylène, violet de gentiane) -Les agents chimio-thérapeutiques h) L’antibiogramme 1- Le but de l’antibiogramme Le choix de l’antibiotique est réalisé de manière très empirique dans la plupart des infections banales débutantes : le médecin prescrit, en fonction de l’examen 30 clinique, la molécule dont l’efficacité lui paraît la plus probable (antibiothérapie dite probabiliste). Ce n’est que dans les infections graves, récidivantes ou les échecs thérapeutiques que l’on fait appel au laboratoire qui réalisera une culture et un antibiogramme. Un antibiogramme permet de tester sur milieu de culture, l’action de molécules antibiotiques sur une souche bactérienne. Il donnera donc des indications sur l’efficacité IN VITRO de ces antibiotiques. 2- Quelques définitions : - La CMI ou Concentration Minimale Inhibitrice. Il s’agit de la concentration de l’antibiotique la plus faible pour laquelle la croissance bactérienne est inhibée (pas de croissance de la population ; 100% de survivants) - La CMB ou Concentration Minimale Bactéricide. C’est la concentration de l’antibiotique la plus faible permettant de détruire 99.99% des bactéries présentes au départ (soit une bactérie survivante sur 10000). Si CMB < 5 CMI l’antibiotique est très efficace. Au contraire si CMB > 10 CMI, on le considère peu efficace. La mesure de la CMI permet de déterminer si une souche est sensible ou résistante à l’antibiotique testé. Pour chaque antibiotique, on a pu mesurer les concentrations sériques obtenues chez le patient (humain) dans le cadre d’une posologie normale. on distingue alors : la souche est dite RESISTANTE : la CMI ne peut être atteinte par un traitement réalisé à l’aide de cet antibiotique sans être toxique pour l’animal. la souche est dite SENSIBLE : la CMI peut être atteinte par un traitement usuel réalisé à l’aide de cet antibiotique. La souche est dite INTERMEDIARE : la CMI ne peut être atteinte qu’en augmentant les doses. Remarque : Dans le cas d’une souche intermédiaire, augmenter la posologie n’est réalisable en pratique que dans les cas où l’antibiotique est peu ou pas toxique, de traitement local (plaie, otite) ou d’excrétion sous forme active dans l’organe infecté (par exemple pour soigner une infection du tractus urinaire si excrétion rénale) 3- Interaction entre antibiotiques Outre le fait que certaines molécules inhibent ou au contraire exacerbent l’effet des antibiotiques (acide, sucre, thymine, etc…), les différents antibiotiques peuvent interagir entre eux. Trois grands types d’interactions peuvent être définis : La synergie : chaque antibiotique voit son action augmentée par l’autre. L’antagonisme : les effets des deux antibiotiques se contrarient - L’indifférence : que l’on utilise chaque antibiotique séparément ou en association, le résultat est le même. 4- Détermination de la Concentration Minimale Inhibitrice (CMI) Afin de pouvoir conclure sur la sensibilité d’une souche à un antibiotique donné, il faut déterminer sa CMI vis à vis de cette molécule. Plusieurs méthodes sont à la disposition du laboratoire. On différencie : - les techniques en milieu liquide (en tube, en microplaque) 31 - - la technique en milieu solide gélosé (Etest) VII. REPRODUCTION 7.1 MULTIPLICATION VEGETATIF C’est la reproduction asexuée qui se fait généralement par scissiparité. D’autres mécanisme de division existent chez les bactéries particulières comme le bourgeonnement (chez les cyanobactéries, la fragmentation chez les bactéries filamenteuses). 7.2 Reproduction sexuée Certaines bactéries comme Escherichia coli se reproduisent aussi par conjugaisons. C’est un phénomène qui ressemble à une reproduction sexuée. Une cellule dite male ou donneuse introduit la totalité ou un fragment de son matériel génétique, par l’intermédiaire d’un tube de conjugaison dans la cellule dite femelle ou receveuse. Le matériel génétique est les chromosomes ou un plasmide. Les chromosomes des bactéries mâles et femelles se recombinent entre eux comme dans la reproduction sexuée des Eucaryotes. En effet, un fragment du chromosome du donneur s’incorpore dans le chromosome de la receveuse. Il est à noter que le génome bactérienne peut subir des modifications qui créée de nouveau génotype. Mieux adaptés aux conditions extérieures. Cette adaptation est rendue possible par mutation. Il existe 2 autres transferts génétiques non liés à la conjugaison : -la transformation bactérienne (Griffith 1926 sur diplococcus pneumoneae). Cette transformation permet l’acquisition d’un état de compétence du à une protéine « fait c » -la transduction qui correspond à un transfert génétique au cours duquel un ou plusieurs gènes sont transmis d’une bactérie à une autre par l’intermédiaire d’un bactériophage appelé transducteur « Lederberg 1951 Samonella Typhimerium » 32 PARTIE III. Virus GENERALITE Les maladies virales, telles la variole et la rage, sont connues depuis la plus haute antiquité. A la fin du XVIIIième siècle Edward Jenner développe l'inoculation de "cowpox" ou variole bovine qui permet d’offrir une bonne protection contre la variole. Le nom de vaccination dérivé du mot « vacca », vache, est appliqué par Louis Pasteur au siècle suivant au vaccin contre la rage, obtenu par atténuation de matière infectieuse passée sur des animaux. La première expérience indiquant l'implication d'un agent ultrafiltrable, plus petit que les bactéries dans cer taines maladies infectieuses, fut la transmission de la mosaïque du tabac par Dmitrii Ivanovski à partir de filtrats de plantes en 1892. Mais ce n'est que 6 ans plus tard que Martinus Beijerinck comprendra les conséquences de cette observation en la répétant. Il parlera de « contagium vivum fluidum ». Rapidement à la fin du XIXe et au début du XXe siècle de nombreux virus seront découverts chez les animaux et les humains. On découvre aussi que certains virus peuvent infecter les bactéries. Ces derniers seront appelés « bactériophages » par Félix d’Hérelle. On visualisera pour la première fois des virus par microscope électronique en 1939 et après 1948 les techniques de cultures cellulaires permettront l'isolement et la caractérisation de nouveaux virus. L’année 1979 verra la certification mondiale de l’éradication de la variole par l’OMS. C’est le premier grand triomphe de la médecine et plus particulièrement de la vaccination. Lorsque le SIDA est décrit en 1980 il ne faudra que trois ans pour découvrir son virus causal, le VIH. Les techniques continuent à évoluer, l’avancée la plus récente étant la mise au point de la réaction de la polymé rase en chaîne (PCR) par Kary Mullis en 1985 et de nouveaux virus continuent à être découverts chaque année. I. Caractères généraux des Virus Les virus ont en commun un certain nombre de caractères particuliers.  Les virus ne possèdent qu’un seul type d’acides nucléiques (ADN ou ARN), renfermé dans une coque protéique.  L’acide nucléique porte l’information génétique pour la reproduction conforme du virus.  Ils sont incapable de croitre et de reproduire, se multiplier de façon autonome par qu’ils n’ont pas un système enzymatique producteur d’énergie. Dans la cellule hôte, ils détournent le métabolisme énergétique à leur profit pour synthétiser de nouveaux virions.  Les virus sont des parasites intracellulaires absolus. Cela est dû à ce que le génome ne contient pas l’information nécessite à la synthèse de leur propre protéine. C’est pourquoi ils ont besoin de l’ARN de transport et de ribosomes de la cellule hôte. Cependant ils contiennent l’information nécessaire aux polymérases diverses qui assurent la biosynthèse de leur acide nucleique  Les virus ont une structure définie permettant une symétrie cubique, hélicoïdale ou binaire. II. structure Le virion est la particule virale complète sur le plan structural. Elle possède une capside qui entoure un matériel génétique. L’ensemble capside plus acide nucléique forme la nucléocapside. Parfois cette capside est elle-même entourée d’une enveloppe appelée peplos. 1. Acide nucléique 33 Un virus comporte toujours un génome qui est de l’ADN ou de l’ARN. C’est ailleurs le premier élément de classification des virus. La connaissance de la nature du génome, ADN ou ARN, intervient aussi pour comprendre les mécanismes de variabilité génétique et le mode d’action de la chimiothérapie antivirale. Ce génome est monocaténaire (à simple brin) ou bi caténaire (à double brin). D'une façon générale, la réplication du génome est beaucoup moins fidèle pour les virus à ARN que pour les virus à ADN. En effet, les ARN polymérases des virus à ARN n’ont pas les mécanismes de détection et de correction d’erreurs de copie des ADN polymérases des virus à ADN. Ainsi, les virus à ARN sont particulièrement sujets aux variations génétiques (HIV, virus de l'hépatite C, par exemple). Son poids moléculaire varie de 2.106 /3.106 (poliomyélite) à 10.106/160.106dalton (virus d’Ebola). Il plus important pour les virus à ADN. Sa longueur varie de quelques nucléotides à 250 000 nucléotides. A l’acception de rétrovirus, tous les virus sont haploïdes. 2. Capside Le génome est empaqueté dans une structure protéique rigide appelée capside qui est très stable et le protège contre les nucléases. La capside est responsable de l’apparence cristalline de nombreux virus au microscope électronique. Elle est composé de plusieurs unités appelées unité de structure. L’assemblage de ces unités et leur rapport avec l’acide nucléique se font suivent une symétrie et une conformation géométrique qui, selon les virus, est soit hélicoïdale tubulaire, soit polyédrique, soit cubique. Une nucléocapside tubulaire se présente comme un tube enroulé en peloton. Une nucléocapside polyédrique a les axes de symétrie d‟un icosaèdre, polyèdre régulier à 12 sommets et 20 faces triangulaires équilatérales. La capside à symétrie hélicoïdale est formée d’environ 20 000 protéines identiques assemblées en hélice. Il s’agit en réalité d’une nucléocapside parce que l’acide nucléique est lié aux protéines. Il faut noter que certains virus qui ont un mécanisme particulier de production possèdent dans leur capside des enzymes spécifiques nécessaire à leur réplication. 3. ENVELOPPE Elle existe chez les virus à symétrie et chez certain virus à symétrie cubique. Elle se forme au cours de la pénétration de virions à travers les membranes de la cellule infectée. Elle est donc constituée d’éléments cellulaires et d’élément d’origine virale. Le peplos est formé de l’assemblage des unités de structures en peplomères qui ont des propriétés antigéniques, elles permettent en particulier la reconnaissance des cellules sensibles. L’enveloppe à une structure très proche des celles de la membrane plasmique des cellules procaryotes et Eucaryotes. Elle est constituée d’une double couche de phospholipide dans laquelle sont incluses deux type de protéines :  Les glucoproteines qui forment les points saillants en spicule à l’extérieur de l’enveloppe ;  Les protéines non glucosées qui forment une couches sous la membrane. Les phopholipides sont ceux de la cellule hôte incorporée lors de la synthèse de l’enveloppe. III. classification des virus Les bactériophages et les virus animaux sont classés selon système de la classification de Baltimore qui se base sur le type de génome et le mode de reproduction. On distingue 07 classes de virus (classe I, II, III …à VII). Classe I : Génome à ADN double brin. (Bactériophages Lambda et T4 ; virus de l’herpès, 34 poxivirus). Une enzyme cellulaire transcrit l’ADN viral dans le noyau en ARNm (+) positif. Une enzyme virale transcrit l’ADN viral dans le cytoplasme pour donner des virus. Classe II : Génome à ADN simple brin. (Bactériophage 174 et virus de l’anémie du poulet, Parvoviridae). Une enzyme cellulaire transcrit l’ADN viral dans le noyau en ARNm (+) positif. Classe VII : Génome à ADN double brin possédant une reverse transcriptase, se répliquant avec un intermédiaire à ARN. (Hepadnavirus, l’agent de l’hépatite B). Une enzyme cellulaire transcrit l’ADN viral dans le noyau en ARNm (+) positif.. Une transcriptase inverse fabrique de l’ADN viral à partir de l’ARNm. Classe III : Génome à ARN double brin. (Bactériophage 6, Reoviridae, comme le rotavirus qui provoque des diarrhées chez les enfants). L’enzyme virale copie dans le cytoplasme le brin négatif de l’ARN viral double brin, pour fabriquer ARNm (+) positif. Classe IV : Génome à ARN simple brin à polarité positive. (Bactériophage MS2, entérovirus, poliovirus). Le brin positif sert de matrice pour la synthèse de l’enzyme ARN polymérase ARN dépendante( ARN replicase). Cette enzyme va servir à fabriquer des ARN négatifs complémentaire de l’ARN positif, pour ensuite les utiliser pour synthétiser de nombreux ARN positifs qui seront incorporés dans les capsides. Classe V : Génome à ARN simple brin à polarité négative. (virus de la grippe, virus de la rage. L’ARN viral (-) ne peut pas servir de messager. L’ARNm doit être fabriqué en premier. Les cellules de l’hôte n’ont pas cette enzyme. Donc cette enzyme doit être apportée par le virion. Elle va faire de l’ARNm qui servira pour la synthèse des protéines virales et servira également comme matrice pour la transcription des ARN à polarité négative, qui seront incorporés dans les capsides. Classe VI : Génome à ARN simple brin se répliquant par un intermédiaire à ADN. (Rétrovirus, HIV agent du SIDA, Le Virus du Sarcome de Rous une forme de cancer). L’ARN (+) de ce type de virus ne peut être utilisé comme ARNm. L’enzyme clé est la transcriptase inverse qui permet de synthétiser de l’ADN simple brin à partir de l’ARN positif du rétrovirus. Cet ADN simple brin va servir de matrice pour synthétiser un double brin qui sera intégré dans le génome de la cellule hôte. L’ADN double permettra la transcription d’ARNm viral qui servira pour la traduction des protéines virales et l’assemblage de nouveaux virions. IV. cycle de multiplication 4.1. Conditions de multiplication des virus Se multiplier pour un être vivant, c’est reproduire un édifice fait d'un ensemble complexe et précisément organisé de macromolécules. Pour réussir un tel édifice, il faut quatre sortes d'éléments. 1) Le plan de travail : c'est l'information génétique du virus contenue dans son génome et fondée sur la séquence des bases de son ADN ou ARN. 2) La matière première : de petites molécules telles qu’acides aminés, acides gras, nucléotides. 35 Le virus n'a pas de réserves de petites molécules et n’a pas non plus de système, même primitif, qui lui permettrait de puiser ces composants dans le milieu extérieur. 3) L'énergie : c'est l'énergie libérée par hydrolyse de composés tels que l'ATP. Le virus n'a pas de réserve d'ATP ni les moyens d'en constituer ; il n’a aucune source d’énergie propre. 4) Les accélérateurs biologiques : les enzymes. Sans enzymes, les assemblages ne se feraient pas ou si lentement que les édifices biologiques seraient détruits durant leur construction. Les virus n'ont pas les chaînes enzymatiques des grandes voies de synthèse biologique. Un virus est donc incapable par lui-même de synthétiser un autre virus, alors qu'une bactérie est capable de produire une autre bactérie. Pour se multiplier, un virus n'a que son génome et doit l’introduire dans un endroit où se trouvent des sources de matière première, des sources d'énergie, des enzymes : l'intérieur d'une cellule vivante. C'est donc la cellule infectée qui va fabriquer de nouveaux virus, selon un procédé de biosynthèse que l'on appelle réplication. 4.2. Etapes de la multiplication d’un virus 4.2.1. Attachement Le cycle viral commence par l'attachement de la surface virale à la surface cellulaire. Il se fait par des protéines de la capside pour les virus nus, par des glycoprotéines de l’enveloppe pour les virus enveloppés. Ces protéines ou glycoprotéines s’attachent à des récepteurs spécifiques situés sur la membrane cytoplasmique de la cellule hôte. Ce besoin de récepteurs cellulaires spécifiques pour les virus explique qu'un virus donné ne peut infecter qu'un nombre restreint d'espèces animales (tropisme d’hôte) et que certains tissus ou cellules chez celles-ci (tropisme tissulaire et cellulaire). Ainsi, les poliovirus infectent l'homme et, expérimentalement, les singes supérieurs, mais pas les rongeurs parce que les récepteurs des poliovirus ne trouvent uniquement sur les cellules de primates. En revanche, le virus de la fièvre jaune, qui se multiplie chez l'homme, le singe et le moustique, a des récepteurs à la surface des cellules de ces trois espèces très différentes. 4.2.2. Pénétration Le virus pénètre à l'intérieur de la cellule. Pour les virus nus, cela survient essentiellement par un processus d’endocytose. Pour les virus enveloppés, cela s’effectue par endocytose ou directement par fusion entre l'enveloppe virale et la membrane cytoplasmique, processus 36 dénommé fusion-lyse. Cette fusion-lyse conduit à la formation d'un pore (trou) qui permet le passage de la capside dans le cytoplasme. Elle résulte de l’action d’une glycoprotéine fusogène de l’enveloppe virale telle que la glycoprotéine gp41 dans le cas du HIV. 4.2.3. Décapsidation Les structures virales sont ensuite dégradées, à l'exception du génome qui, débarrassé de la capside, se trouve libéré dans la cellule. Il est nécessaire que la capside soit détruite, ou au moins très remaniée, pour que le génome puisse interagir avec la machinerie cellulaire. 4.2.4. Réplication Le génome viral libéré prend la direction des synthèses dans la cellule, se substituant en totalité ou en partie au génome cellulaire. Désormais, la cellule va produire des virus. Plus précisément, elle va faire des copies (répliques) du génome viral, des protéines virales de capside et glycoprotéines d’enveloppe pour les virus enveloppés. Le mécanisme de cette réplication virale varie selon que le génome est à ARN ou ADN. Mais, dans tous les cas, c'est par des ARN messagers viraux que les génomes viraux transmettent leur information et donnent leurs ordres à la machinerie cellulaire. Dès que des ARN messagers viraux apparaissent dans la cellule infectée, celle-ci est "piégée" : les virus ont été ainsi comparés à des agents subversifs. 4.2.4.1. Synthèse des ARN messagers Suivant les virus, l'élaboration des messagers viraux ou transcription est une opération plus ou moins complexe. Pour les poliovirus, tout est simple : le génome est un ARN qui sert d’emblée de messager ; il est dit de polarité positive ou "positif" et immédiatement traduit par les ribosomes cellulaires en protéines virales, sans transcription préalable. Pour les virus à ADN, il faut nécessairement une transcription des messagers. Pour les rétrovirus, HTLV et HIV, il y a également une transcription mais particulière : transcription du génome à ARN en une copie d’ADN qui sera intégrée dans l’ADN cellulaire. Cette transcription est effectuée par une transcriptase virale dite inverse (TI) car elle catalyse l'opération inverse de la transcription cellulaire normale d’ADN en ARN (en anglais, reverse transcriptase [RT]). Les ARN messagers des rétrovirus sont ensuite transcrits à partir de la copie d’ADN intégrée, comme pour les gènes cellulaires. 4.2.4.2. Synthèse des enzymes et protéines codées par le virus La synthèse des composants viraux par la cellule exige généralement un réajustement de la machinerie cellulaire. Ainsi, la cellule normale est incapable de répliquer l’ARN des poliovirus, ce qui consiste à copier de l’ARN sur une matrice d’ARN. Cela nécessite une enzyme appelée réplicase, qui est une ARN polymérase ARN-dépendante. Dans la cellule normale, une telle enzyme n'existe pas : les ARN cellulaires sont synthétisés par des ARN polymérases ADN-dépendantes, utilisant une matrice d‟ADN qui est le génome cellulaire. Pour se multiplier dans une cellule, un poliovirus et d‟une façon générale tous les virus à ARN, doivent faire fabriquer par la cellule infectée cette enzyme nouvelle, la réplicase, La TI des rétrovirus est également une enzyme viroinduite. Certains gènes viraux codent des protéines transactivatrices. Tel est le cas de la protéine TAT du HIV qui active d'un facteur 50 la transcription des messagers viraux à partir de l‟ADN proviral intégré dans la cellule. La synthèse des protéines virales passe, pour certains virus, par la synthèse d'un précurseur unique, polypeptide géant secondairement clivé par des protéases pour obtenir les différentes 37 protéines virales. Certaines de ces protéases (exemples du HIV et du virus de l'hépatite C) sont des enzymes virales qui vont s'autocliver à partir d‟un précurseur protéique. 4.2.5. Assemblage Les nouveaux génomes fabriqués par la cellule s'entourent de nouvelles protéines virales elles- aussi fabriquées par la cellule. Cet emballage est l'encapsidation (l'inverse de la décapsidation) des génomes qui aboutit à la formation de nouvelles particules virales. 4.2.6. Libération Les nouveaux virus sont libérés par la cellule par éclatement cellulaire pour les virus nus, par bourgeonnement pour les virus enveloppés. C'est lors du bourgeonnement que les virus enveloppés reçoivent leur enveloppe hérissée de spicules glycoprotéiques. Une cellule infectée produit de l‟ordre de 100 à 1000 particules virales. La multiplication d'un virus est donc très différente de la multiplication d'une bactérie ou d‟une cellule eucaryote car le virus n‟augmente pas de taille et ne se divise pas : il sort sous forme complète de la cellule et ne se modifie plus avant d‟infecter une autre cellule. 4.3 Multiplication des virus dans la cellule 1.2.1. Conditions nécessaires à la multiplication des virus Leur simplicité structurale empêche les virus de se multiplier, du moins par eux-mêmes. La multiplication d'un virus va donc impliquer, après introduction du génome viral dans une cellule sensible, le détournement à son profit de la machinerie d‟une cellule permissive, selon un procédé de biosynthèse que l'on appelle réplication. Deux notions essentielles : a) La sensibilité d’une cellule à l’infection virale est sa capacité à être infectée par le virus, ce qui va essentiellement dépendre de l’expression à la surface cellulaire de récepteurs (et parfois de co-récepteurs) autorisant l’attachement et la pénétration du virus dans la cellule. b) La permissivité d’une cellule à l’infection virale est sa capacité à autoriser un cycle viral complet (et notamment la réplication du génome viral), aboutissant à la formation par la cellule de nouvelles particules virales. Ces deux notions sont indépendantes : toute cellule sensible n’est pas permissive, et toute cellule permissive n’est pas forcément sensible. 1.2.2. Les 6 étapes de la formation d’un virus (voir le précédent cours et la figure suivante) Ces 6 étapes sont - l‟attachement, - la pénétration, - la décapsidation, - la réplication, - l‟assemblage, incluant l‟encapsidation du génome, - la libération. 38 1.2.3. Conséquences possibles de la multiplication virale pour la cellule infectée 1.2.3.1. Mort de la cellule La cellule meurt car les synthèses cellulaires ont été gravement perturbées par le virus. C'est l'infection lytique. C'est ce que provoquent la plupart des virus humains dans des cellules permissives. C'est in vivo l'équivalent de l'effet cytopathique ou cytopathogène (ECP), altération morphologique de la cellule infectée, visible en microscope optique et observé in vitro en culture de cellules. Lors de l'infection lytique, l'accumulation dans la cellule infectée de matériel viral désorganise les structures et les fonctions cellulaires. La cellule infectée meurt, soit par nécrose, soit par apoptose. Tout le problème est de savoir si ces cellules peuvent être remplacées par d'autres cellules au sein de l'organisme. Ainsi, au cours des infections à poliovirus, la destruction des neurones de la corne antérieure de la moelle épinière donne des paralysies définitives, car un neurone détruit n'est pas remplacé. En revanche, si ce sont seulement les cellules gliales qui sont détruites, certaines paralysies finiront par régresser. 1.2.3.2. Tolérance de l’infection La cellule tolère l'infection. Le génome viral et le génome cellulaire se partagent le potentiel de synthèse de la cellule et les deux métabolismes, cellulaire et viral, coexistent, selon un "compromis" acceptable. L'infection latente induite par certains virus (notamment ceux de la famille des herpèsvirus) est un bon exemple de ce modus vivendi. 1.2.3.3. Transformation cellulaire maligne La cellule infectée se multiplie de façon anarchique : c’est la transformation cellulaire maligne. D’une façon générale, les cellules transformées s'obtiennent à partir de tissus cancéreux ou à partir de cellules normales transformées in vitro, soit spontanément au cours de la culture, soit par l'action de cancérogènes chimiques, de radiations ionisantes ou de virus cancérigènes. Le premier virus cancérigène connu, découvert au début du siècle (1910) par Rous, est responsable de sarcomes à développement rapide chez le poulet. C'est un rétrovirus dont le génome comporte, en plus des gènes codant pour les protéines constituant le virus (gènes gag pour 39 antigène de groupe, pol pour polymérase [transcriptase inverse] et env pour enveloppe), un oncogène v-sarc responsable du pouvoir sarcomatogène du virus. D’autres rétrovirus oncogènes existent chez l‟animal, et notamment chez le félin. Chez l'homme, cinq catégories de virus sont liées à un cancer : 1) l'HTLV-1 humain (human T lymphotropic virus type 1), rétrovirus responsable de leucémies et sarcomes à lymphocyte T de l'adulte dans des zones géographiques particulières (Caraïbe, Japon, Afrique) ; 2) le virus de l'hépatite B (HBV), impliqué dans le cancer primitif du foie, endémique dans la zone intertropicale ; 3) le virus de l’hépatite C (HCV), aussi impliqué dans le cancer primitif du foie ; 4) les papillomavirus humains (HPV) 16, 18 et 31, associés notamment au cancer du col utérin ; 5) deux herpèsvirus de la sous-famille des Gammaherpesvirinae : le virus Epstein-Barr ou EBV, associé notamment au lymphome africain de Burkitt, au carcinome nasopharyngé des Chinois de la région de Canton et aux lymphoproliférations de l‟immunodéprimé ; le 8ème herpèsvirus humain ou HHV-8, associé notamment au sarcome de Kaposi. V. virus défectifs et virus auxiliaires Un virus défectif est un virus qui a subi une altération du génome l’empêchant d’effectuer un développement complet. Le virus peut induire des troubles chez l’organisme infecté, mais il n’arrive pas à produire des particules virales. Exemple du virus de Sarcome de Rous qui transforme les cellules infectées en cellules converties. Celles-ci ne produisent pas des particules virales mais se divisent pour donner d’autres cellules converties. L’examen du virus morte qu’il n’as de capside, c’est à dire qu’il n’as pas de gêne qui code pour la synthèse des protéines capsidiale. Si l’on infecte les fibroblastes à la fois pour les virus de sarcome de Rous et le virus de leucose aviaire ont obtient de LF (LA) et VSR complet. De même si on ajoute de virus de LA au cellule converties on obtient des VSR complet c ad possédant une capside. Le virus de la leucose aviaire qui a donné au VSR la capacité de synthèse d’une capside et dite auxiliaire. Le virus défectif VSR qui a acqui une capside étrangère peut infecter d’autres organismes et accomplir un développement complet. Un virus auxiliaire est un virus capable de transmettre la virulence a un autre virus qui l’ait pas. Autrement dit c’est un virus capable induire la production de capside chez un virus dépourvu de cette capside. VI. Bactériophage Les bactériophages (appelés souvent phages) sont des virus qui possèdent la particularité d’infecter les bactéries et pour la plupart d’entre eux la capacité de les détruire, tout en étant inoffensifs pour les cellules humaines et animales. Ils ont été découvert en en 1915 par Frederic Twort, ils sont très répondus dans toute la biosphère mais plus important dans les sols, eaux, la cavité digestive de l’homme et des animaux. Comme tous les vir

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