Chapitre 5 Le monde microbien titre Partie 1 Les bactéries

plan 1. Morphologie. 2. Les éléments structuraux constants. 2.1. La membrane plasmique. 2.2. La paroi. 2.3. L’appareil nucléaire. plan 2.4. Le cytoplasme. 3. Les éléments structuraux facultatifs. 4. Croissance bactérienne. 3.1. Les flagelles. 4.1. Méthodes de numération. 3.2. Les pili et les fimbrae. 4.2. Courbes de croissance. 3.3. La spore. 4.3. Le paysan et l’empereur. 3.4. La capsule. 4.4. Et les bactéries ?

1.1 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.1. Morphologie. PLAN Bacillus anthracis Escherichia coli micrococcus x 14 800 1.1 Les formes des bactéries sont très monotones. des ronds (coques) des bâtonnets (bacilles) des virgules (vibrions) Elles sont isolées, ou en groupe (amas, chaînes,…) streptococcus Staphylococcus x 14 800 Clostridium Helicobacter PLAN

1.2.1 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.2. Les éléments structuraux constants. C’est plus rapide pour la « remplir » ! 1.2.1. La membrane plasmique. C’est une bicouche lipidique avec des protéines intégrées. Elle ne contient pas de cholestérol. Rôle: 1.2.1 Obs exp: l’entrée et la consommation d’O2 est 50 fois plus élevée chez la bactérie. Elle sépare le milieu intérieur du milieu extérieur. Elle règle les échanges. Le volume cellulaire d’une bactérie est bien plus faible que celui d’une cellule eucaryote (facteur 1000). Le rapport Surface / volume est plus élevé chez la bactérie. Les échanges sont 1000 fois plus efficaces. On observe également son efficacité dans son temps de division. bactérie: 20 mn cellules tumorale: 18 h fibroblastes: plusieurs jours - neurones: pluqieurs années La membrane ne présente jamais de microvillosités ou autre… C’est inutile ! D’où une monotonie de forme. PLAN

1.2.1 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.2. Les éléments structuraux constants. 1.2.1. La membrane plasmique. C’est une bicouche lipidique avec des protéines intégrées. Elle ne contient pas de cholestérol. Rôle: 1.2.1 Elle sépare le milieu intérieur du milieu extérieur. Elle règle les échanges. Elle gère l’information. La membrane possède toute une série de récepteurs qui lui permettent de s’adapter à son environnement (chimiotactisme). PLAN

1.2.1 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.2. Les éléments structuraux constants. 1.2.1. La membrane plasmique. C’est une bicouche lipidique avec des protéines intégrées. Elle ne contient pas de cholestérol. Rôle: 1.2.1 Elle sépare le milieu intérieur du milieu extérieur. Elle capte l’énergie. Siège de la photosynthèse. Siège de l’oxydation respiratoire. C’est elle qui l’a inventée. La mitochondrie serait une ancienne bactérie qui vit en symbiose avec la cellule eucaryote. PLAN

1.2.2 1. La cellule procaryote: la bactérie. Le milieu extérieur possède des caractéristiques osmotiques très variables. La membrane ne peut pas supporter de telles variations. La bactérie se protège derrière une paroi. 1.2. Les éléments structuraux constants. 1.2.2. La paroi. Il existe des bactéries dépourvues de paroi, les mycoplasmes. Ce sont des parasites intra-cellulaires. 1.2.2 Sa composition varie avec: - l’espèces - les conditions physiologiques Architecture: - Chaînes polysaccharides (NAG et NAM) liaisons b 1-4 - polypeptides courts (AA différents de synthèse protéique) - ponts covalents inter-chaîne  Il existe deux types de paroi: - paroi Gram + - paroi Gram - PLAN

1.2.2 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.2. Les éléments structuraux constants. 1.2.2. La paroi. Coloration de Gram: Formation d’un cristal de gentiane dans le cytoplasme. Bain violet de gentiane + lugol 1.2.2 Décoloration par un bain d’alcool. Dissolution du cristal La paroi épaisse des Gram+ protège le cytoplasme de la pénétration de l’alcool. Bain de fuchsine ou de safranine Coloration en rose Cette coloration ne se voit pas si la bactérie est déjà colorée en bleu. Gram + Gram - PLAN

1.2.2 G+ 1. La cellule procaryote: la bactérie. Paroi Gram + 1.2. Les éléments structuraux constants. 1.2.2. La paroi. peptidoglycane 20 à 80 nm 1.2.2 G+ Membrane plasmique Protéine intégrée Bicouche lipidique PLAN

1.2.2 G- 1. La cellule procaryote: la bactérie. Paroi Gram - 1.2. Les éléments structuraux constants. 1.2.2. La paroi. lipopolysaccharides Membrane externe 1.2.2 G- Espace periplasmique Peptidoglycane 10 à 20 nm Membrane plasmique PLAN

1.2.2 1. La cellule procaryote: la bactérie. Paroi Gram - 1.2. Les éléments structuraux constants. 1.2.2. La paroi. La membrane externe est peu sélective. Elle ne constitue pas une barrière avec le milieu extérieur. 1.2.2 La membrane interne contient des porines (canaux) qui assurent les échanges avec le cytoplasme. PLAN

1.2.2 lysozyme 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.2. Les éléments structuraux constants. Protoplastes 1.2.2. La paroi. Le peptidoglycane est dégradé par une enzyme présente dans de nombreux milieux (salive, blanc d’œuf,…), le lysozyme. 1.2.2 lysozyme Protoplastes = bactérie Gram+ traitée par le lysozyme -----> disparition complète de la paroi. Sphéroplastes = bactérie Gram- traitée par le lysozyme -----> disparition partielle de la paroi (la membrane externe protège la couche de peptidoglycane). PLAN

1.2.2 mycobact 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.2. Les éléments structuraux constants. - Une couche externe constituée de polyosides et de protéines (dont une alanine déshydrogénase) et de quelques lipides dont la nature reste encore un mystère (lipoprotéine?) 1.2.2. La paroi. Les mycobactéries Elles sont classées avec les Gram- bien qu’elles possèdent une paroi particulière. 1.2.2 mycobact La couche externe, sorte de capsule, est de composition et structure complexes. - Une couche interne beaucoup plus riche en lipides. - relié de façon covalente à un hétéroside : l'arabinogalactane, - le squelette de la paroi est composé de peptidoglycane (appelé aussi muréine) PLAN

1.2.3 app nucl 1. La cellule procaryote: la bactérie. Le génome des bactéries est localisé dans une région précise du cytoplasme, l’appareil nucléaire ou nucléoïde. 1.2. Les éléments structuraux constants. 1.2.3. L’appareil nucléaire. Tous les procaryote possèdent le même type d’organisation de leur génome. Les procaryotes ne possèdent pas d’organites à membrane: il n’existe pas de membrane nucléaire ! - 1 chromosome (haploïde) Le chromosome s’organise à proximité d’une invagination de la membrane plasmique, le mésosome. 1.2.3 app nucl - circulaire, enroulé - longueur = 1 360 µm mésosome - combiné à des protéines (différentes des histones des eucaryotes) nucléoïde PLAN

1.2.3 app nucl 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.2. Les éléments structuraux constants. 1.2.3. L’appareil nucléaire. Certaines bactéries possèdent un ou plusieurs plasmides. Plasmide: molécule d’ADN surnuméraire capable de réplication autonome. 1.2.3 app nucl - brin circulaire. - porteur de gènes spécifiques. - s’il est capable de s’intégrer au chromosome, on parle d’épisome. PLAN

1.2.4 cyt 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.2. Les éléments structuraux constants. 1.2.4. Le cytoplasme. Le cytoplasme contient toute la machinerie enzymatique nécessaire à son métabolisme. L’ ARN et les ribosomes sont différents de ceux des eucaryotes (70S = 30S et 50S) 1.2.4 cyt PLAN

Ciliature peritriche (« autour ») 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.3. Les éléments structuraux facultatifs. 1.3.1. Les flagelles. Ciliature peritriche (« autour ») Les bactéries ont mis au point des méthodes de déplacement variées. - Flagelle -----> « hors bord » 1.3.1 - Glissement -----> « limace » - Vacuole à gaz -----> « montgolfière » Les flagelles sont de longs filaments fins d’un diamètre < 20 nm et d’une longueur de 10 µm. Ciliature polaire monotriche (aux extrémités) Ils sont mis en évidence par coloration à la fuchsine ou par imprégnation argentique. PLAN

La structure varie avec le type de paroi. 1. La cellule procaryote: la bactérie. Rotation de 10 à 50 tour.s-1 1.3. Les éléments structuraux facultatifs. 1.3.1. Les flagelles. - La pièce basale. La structure varie avec le type de paroi. Les flagelles sont formés de 3 parties: - Le crochet. - Le filament. Réagit comme un fouet. 1.3.1 PLAN

1.3.1 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.3. Les éléments structuraux facultatifs. Le sens de rotation change de façon aléatoire et provoque les changements de direction du mouvement de la bactérie 1.3.1. Les flagelles. - La pièce basale. Les flagelles sont formés de 3 parties: - Le crochet. - Le filament. 1.3.1 PLAN

Des récepteurs membranaires contrôlent la fréquence de ces changement. 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.3. Les éléments structuraux facultatifs. Le sens de rotation change de façon aléatoire et provoque les changements de direction du mouvement de la bactérie 1.3.1. Les flagelles. - La pièce basale. Les flagelles sont formés de 3 parties: - Le crochet. - Le filament. Des récepteurs membranaires contrôlent la fréquence de ces changement. 1.3.1 chimotact Chimiotactisme Lorsque la concentration en nutriment diminue, la fréquence de changement augmente (les trajets sont plus courts). PLAN

Le filament est un polymère de flagelline 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.3. Les éléments structuraux facultatifs. 1.3.1. Les flagelles. - La pièce basale. Les flagelles sont formés de 3 parties: - Le crochet. Le filament est un polymère de flagelline - Le filament. 1.3.1 flagelline Membrane externe Peptidoglycane Membrane plasmique PLAN

1.3.2 1. La cellule procaryote: la bactérie. pili 1.3. Les éléments structuraux facultatifs. 1.3.2. Les pili et les fimbrae. fimbrae Les fimbrae sont des filaments protéiniques, plus fins et plus courts que les flagelles, qui permettent à la bactérie de se fixer à d’autres cellules sur des récepteurs appropriés. 1.3.2 Les pili (un pilus !) sont des organites d’attachement qui interviennent au cours des processus de conjugaison. - peu nombreux (de 1 à 3). Conjugaison: processus de transfert de matériel génomique d’une bactérie à une autre. - codés par les plasmides (et non par le chromosome bactérien). - ils peuvent servir de récepteurs aux phages. PLAN

1.3.3 spore 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.3. Les éléments structuraux facultatifs. 1.3.3. La spore. Certaines bactéries existent sous eux formes: La forme végétative. La spore. 1.3.3 spore La spore donne à la bactérie, résistance et longévité. Elle est entourée d’une série de couches étanches qui la protègent de la déshydratation et des agressions extérieures. Paroi Cortex Tunique Exosporium Spore proprement dite PLAN

1.3.3 sporulation 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.3. Les éléments structuraux facultatifs. 1.3.3. La spore. La sporulation se déroule en plusieurs phases. Lorsque les conditions environnementales deviennent favorables à la forme végétative, la spore germe. 1.3.3 sporulation PLAN

1.3.4 capsule 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.3. Les éléments structuraux facultatifs. 1.3.4. La capsule. on appelle capsule l'enveloppe qui entoure la paroi de certaines bactéries. Elle composée de plusieurs sucres (polyosidique). Sa composition est généralement de nature polysaccharidique (polymère de molécules de saccharose) (les polysaccharides en question sont alors des hétéropolymères). 1.3.4 capsule Néanmoins certaines capsules, plus sophistiquées sont protéiques. Ne pouvant être colorée par les techniques bactériologiques habituelles, elle peut être mise en évidence au microscope par la réalisation d'une suspension bactérienne dans de l'encre de Chine. La capsule apparaît alors sous la forme d'un halo clair et réfringent. PLAN

1.3.4 capsule 1. La cellule procaryote: la bactérie. Un biofilm est une communauté multicellulaire plus ou moins complexe, souvent symbiotique, de micro-organismes adhérant entre eux et à une surface, et marquée par la sécrétion d'une matrice adhésive et protectrice. Il se forme généralement dans l'eau ou en milieu aqueux. 1.3. Les éléments structuraux facultatifs. 1.3.4. La capsule. Toutes les fonctions des capsules ne sont probablement pas encore identifiées, mais elles sont, pour de nombreuses bactéries, considérées comme un facteur de résistance et un facteur de virulence  1.3.4 capsule * Elles protègent la bactérie de la phagocytose par chimiotactisme négatif. * Elles jouent un rôle dans l'adhérence aux cellules de l'hôte. * Elles contribuent à la résistance des biofilms, qui protègent les bactéries des UV, des désinfectants médicaux ou domestiques et industriels tels que l'eau de Javel. * Elles jouent chez certaines espèces un rôle dans la production d'un complexe extracellulaire toxique pour l'hôte et pourraient être impliqué dans la reconnaissance de l'infection par le système immunitaire . PLAN

Père Castor, raconte-nous une histoire… 1. La cellule procaryote: la bactérie. On peut calculer le nombre de grain sur chaque case. 1.4. Croissance bactérienne. On détermine la masse totale de riz sachant qu’un grain pèse 0,014 g 1.4.3. Le paysan et l’empereur. 1 6,6E+04 4,3E+09 2,8E+14 512 3,4E+07 2,2E+12 1,4E+17 4 2,6E+05 1,7E+10 1,1E+15 2048 1,3E+08 8,8E+12 5,8E+17 16 1,0E+06 6,9E+10 4,5E+15 8192 5,4E+08 3,5E+13 2,3E+18 64 4,2E+06 2,7E+11 1,8E+16 32768 2,1E+09 1,4E+14 9,2E+18 1 256 6,6E+04 1,7E+07 4,3E+09 1,1E+12 2,8E+14 7,2E+16 2 512 1,3E+05 3,4E+07 8,6E+09 2,2E+12 5,6E+14 1,4E+17 4 1024 2,6E+05 6,7E+07 1,7E+10 4,4E+12 1,1E+15 2,9E+17 8 2048 5,2E+05 1,3E+08 3,4E+10 8,8E+12 2,3E+15 5,8E+17 16 4096 1,0E+06 2,7E+08 6,9E+10 1,8E+13 4,5E+15 1,2E+18 32 8192 2,1E+06 5,4E+08 1,4E+11 3,5E+13 9,0E+15 2,3E+18 64 16384 4,2E+06 1,1E+09 2,7E+11 7,0E+13 1,8E+16 4,6E+18 128 32768 8,4E+06 2,1E+09 5,5E+11 1,4E+14 3,6E+16 9,2E+18 A B C 1 1 = 20 2 2 = 21 3 4 = 22 4 8 = 23 5 6 7 8 Père Castor, raconte-nous une histoire… m = N * 0,014 1.4.3 m = 9,2.1018 * 0,014 N = No x 2(n) où n = nombre de changement de case (génération) m = 128,8.1015 g m = 128,8.109 t m = 128,8.103 Mt N = No x 2(n-1) où n = nombre de case. La production mondiale actuelle est de: 680 Mt Le paysan a gagné 200 fois la production mondiale ! PLAN

1.4.4 1. La cellule procaryote: la bactérie. On peut calculer la masse d’une colonie à partir de la masse d’une bactérie et de sa vitesse de division. m E. coli = 5.10-13 g durée entre deux divisions (temps de génération) = 30 mn 1.4. Croissance bactérienne. 1.4.4. Et les bactéries ? 1.4.4 3,2 j 30 h 20,5 h 2,8 j PLAN

On trace le graphe N = f ( t ) 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.4. Croissance bactérienne. On trace le graphe N = f ( t ) 1.4.2. Courbes de croissance. t N h Cell.µL-1 690 1 828 2 5,13E+03 3 3,18E+04 4 1,97E+05 5 1,22E+06 6 7,57E+06 7 4,69E+07 8 2,91E+08 9 1,80E+09 10 1,12E+10 11 3,35E+10 12 4,69E+10 1.4.2 PLAN

On trace le graphe Ln(N) = f (t) 1. La cellule procaryote: la bactérie. Il est quasiment impossible à un esprit humain normal d’interpréter une exponentielle. 1.4. Croissance bactérienne. 1.4.2. Courbes de croissance. On trace le graphe Ln(N) = f (t) Ln(N) 6,54 6,72 8,54 10,37 12,19 14,02 15,84 17,66 19,49 21,31 23,14 24,23 24,57 t N h Cell.µL-1 690 1 828 2 5,13E+03 3 3,18E+04 4 1,97E+05 5 1,22E+06 6 7,57E+06 7 4,69E+07 8 2,91E+08 9 1,80E+09 10 1,12E+10 11 3,35E+10 12 4,69E+10 1.4.2 accélération ralentissement maximale exponentielle PLAN

1.4.4 1. La cellule procaryote: la bactérie. 1.4. Croissance bactérienne. 1.4.5. Croissance en milieu non renouvelé. La croissance bactérienne dépend des conditions du milieu: Nature du milieu. Concentration en nutriments Phase de déclin: Les bactéries se mettent à mourir. 1.4.4 Plateau Phase de ralentissement Phase exponentielle de croissance: Croissance maximale. Phase d’accélération Phase de latence: Temps d’adapation au milieu. PLAN