Microbiologie médicale

Definition Microbiologie = la science qui étudie les micro-organismes. Microorganisme = être vivante unicellulaire, qui peut- être visualise avec le microscope optique ou électronique.

L'histoire de la microbiologie L’existence d’un monde microbien fut méconnue jusqu’à l’invention du microscope au début du XVIIIeme siècle;

L'histoire de la microbiologie 1665 - Robert Hooke, le premier qui a vu les microorganismes avec un microscope rudimentaire

L’histoire La première mise en évidence des bactéries a été possible avec un microscope simple fabriqué par Anthonie van Leeuwenhoeck, drapier hollandais (1632-1723). Ainsi il décrit dans la salive de "Très nombreux animalcules.....autant d'habitants que sur la planète"

L’histoire Anthonie van Leeuwenhoeck- animalculs

La théorie de la génération spontanée A l’epoque, on admettait communément la théorie de la génération spontanée – formation de vie a partir de la matière morte. Francesco Redi, un philosophe italien, a déclaré que «les vers» ne résulte spontanément de la viande, mais des œufs pondus par des mouches.

Discréditation de la théorie de la génération spontanée En 1859, le chimiste français Louis Pasteur a discrédité définitivement cette théorie par la conception de ballon avec "col de cygne" quand l'air n'a pas accès le bouillon peut être stocké indéfiniment sans multiplication des micro-organismes

Discréditation de la théorie de la génération spontanée

L’histoire de la microbiologie Les conséquences de ces expériences ont été: imagination de premier milieu de culture pour les bactéries - bouillon de viande - encore en usage aujourd'hui développement de méthodes simples de désinfection (destruction de tous les micro-organismes mais pas les spores) le concept de manipulation aseptique des objets, des produits pathologiques, etc. (protégées par des microorganismes)

Les fondateurs de la microbiologie : Luis Pasteur (1822-1895) – theorie des germes Met les bases de la méthode de stérilisation et d'asepsie. Découvrez la nature microbienne du processus de fermentation anormale de vin. Fait le lien entre «les maladies du vin" et de certaines maladies infectieuses et contagieuses chez les animaux et l’homme. Découvre les agents étiologiques des nombreuses infections. Réalise des vaccins par inactivation ou atténuation de la pathogénicité des micro-organismes (la rage, le charbon, le choléra aviaire).

Les fondateurs de la microbiologie : Robert Koch, médecin allemand, en 1870 a révélé l'agent étiologique de l'anthrax, le choléra et la tuberculose. Il a introduite les milieux solides en pratique microbiologiques.

Robert Koch (1843-1910) Il a examinés les micro-organismes dans des préparations fixées par la chaleur et colorés avec des colorants de base Il a introduit les milieux solides dans la pratique de diagnostic microbiologique Il a reproduit les maladies expérimentalement par inoculation de l'agent étiologique des maladies infectieuses chez animaux de laboratoire.

Robert Koch Il a décrit les séquences expérimentales à l'appui de la relation de causalité entre un organisme et les manifestations de la maladie (postulats de Koch) Micro-organisme qui a causé la maladie est détecté chez tous les patients et la distribution dans le corps correspond à la caractéristique lésions de la maladie organisme qui a causé la maladie peut être isolé en culture pure et sous-cultivé pour l’étudier; Un animal inoculé avec la culture pure reproduit les lésions spécifiques et les microorganisms peuvent être reisolés .

Le monde microbien Microorganisme avec structure cellulaire: Eucaryotes (le regn Eucaryota), les microorganismes avec une structure cellulaire supérieure: champinions et protozoaires; Procaryotes (le regn Procaryotae), les micro-organismes avec structure cellulaire inférieure : bacteries et algues bleues. Micro-organismes acelullaire: les virus (parazite strict d’une cellule évolué).

La clasification des bacteries Clasification fenotipique; Clasification analitique; Clasification genotipique; Taxonomie: clasification sistematique des bacteries dans groupes ordonée.

Classification phénotypique Selon la colorabilité dans la coloration de Gram: Gram positive; Gram négative; Selon la forme des bactéries: Sphérique ou ovale – coques; cocci Cylindrique – bacilles; Virgule – vibrions; Spiralée – spirochètes;

La coloration de Gram

Clasification fenotipique Selon les caractères de culture: Hémolyse, production de pigments, la forme et la taille des colonies, l'odeur émise par une culture; La présence ou l'absence de marqueurs biochimiques spécifiques; Sérotypage: anticorps formés contre les antigènes bactériens peuvent être utilisées pour les identifier. Le comportement aux antibiotiques (profil de résistance).

Classification analytique L’embranchements – le division - l’ordre – la famille – le genre - l’espèce. Ex. Ordre: Eubacteriales Ex. Famille: Enterobacteriaceae Ex. Genre: Escherichia Ex. espèce: Escherichia coli

Les bactéries Les bactéries ont des tailles comprises entre 1 et 10 µm, et sont observés au microscope optique

Structure de la cellule bactérienne Structures stables L’ appareil nucléaire Le cytoplasme La membrane cytoplasmique La paroi cellulaire Structures inconstantes La capsule Les flagelles Les pili – fimbriae Les pili sexuels La spore

Structure de la cellule bactérienne - schematique

Structures stables L’appareil nucléaire Le cytoplasme La membrane cytoplasmique La paroi cellulaire (exception: Mollicutes - Mycoplasma)

L’appareil nucléaire Totalement dépourvue d’un véritable noyau, absence de membrane nucléaire et nucléole Chromosome unique, une molécule d’ADN bicaténaire, circulaire. Le filament d’ADN a des boucles super enroulé (ADN gyrase) ADN extra chromosomique s’appelle plasmide – molécule bi caténaire, circulaire qui possèdent des gènes non indispensables au métabolisme normale de la bactérie, permettent une meilleure adaptation des bactéries a leur environnement.

L’appareil nucléaire Constitue le support de l’information génétique, héréditaire Assure la transmission de l'information génétique aux cellules filles par autoréplication; Permet la transmission de l'information génétique aux ribosomes par heteroréplication; C’est le site d’action de certains antibiotiques.

Structures stables L’appareil nucléaire Le cytoplasme La membrane cytoplasmique La paroi cellulaire (exception: Mollicutes - Mycoplasma)

Le cytoplasme Contient de très nombreux ribosomes - sont constitués de protéines et d’ARN Ils possèdent deux sous-unités 50S şi 30S Ils jouent un rôle important dans la synthèse protéique et dans l’export vers l’extérieur des protéines synthétisées. On trouve parfois dans le cytoplasme des granulation qui sont des formes de stockage de certains constituants.

Les ribosomes

Les ribosomes

La synthèse protéique

Structures stables L’appareil nucléaire Le cytoplasme La membrane cytoplasmique La paroi cellulaire (exception: Mollicutes - Mycoplasma)

La membrane cytoplasmique Est située sous la paroi, à son contact; Est faite d’une double couche de phospholipides où sont dispersées des protéines Est dépourvue de cholestérol (sauf chez les mycoplasmes);

La membrane cytoplasmique

La membrane cytoplasmique Les fonctions: Responsable des échanges entre la bactérie et les milieux extérieur: barrière osmotique (transferts passifs), contient aussi des systèmes de transport qui assurent la pénétration active et selective de certaines substances (sucre, acides aminés, ions, minéraux) Site du métabolisme énergétique (siège de la chaîne respiratoire); Le prolongement de la membrane cytoplasmique que constitue le mésosome porte un site d’attachement du chromosome bactérien; intervient dans la régulation de la division bactérienne. Point d’impact de diverses substances antimicrobiennes et antibiotiques polypeptidiques.

Structures stables L’appareil nucléaire Le cytoplasme La membrane cytoplasmique La paroi cellulaire (exception: Mollicutes - Mycoplasma)

La paroi des bactéries Structure particulière aux cellules procaryotes; Enveloppe rigide essentielle a la bactérie dont elle assure la protection e détermine la forme. La structure de la paroi differe selon qu’il s;agit de bacteries a Gram positif ou a Gram negatif. Le peptidoglycan ou mureine est le constituant principal de la paroi.

Coloration de Gram Gram negatif (rouge) Gram positif (violet)

Bactéries à Gram positif – Streptococcus (cocci, chaine)

Bactéries à Gram negatif (Eg. Escherichia, Salmonella)

Coloration de Ziehl- Neelsen pour les mycobactéries

Peretele bacteriilor Gram (-)

La structure du peptidoglycane Le peptidoglycane est un hétéropolymère composé de chaînes glucidiques reliées les unes aux autres par des chaînons peptidiques (pentapeptide). La macromolécule réticulée tridimensionnelle est ainsi constituée et sa solidité dépend de l'importance des interconnexions La paroi de la bactérie est ainsi une unique macromolécule.

La chaîne polysaccharidique est formée de chaînons N-Acétyl Glucosamine - Acide N-Acétyl Muramique Les chaînes peptidiques formées au minimum de quatre aminoacides (par exemple L-Alanine - D-Glycine - L-Lysine - D-Alanine) sont toujours fixées sur l'acide muramique Ces tétrapeptides sont reliés directement entre eux ou par une courte chaîne peptidique (chaîne « interpeptidique»).

Le peptidoglycan - BGN –bidimensional; chaîne pentaglycanque, BGP – tridimensional; chaînons tetrapeptidique

Peptidoglycan L-alanine D-glutamic acid L-lysine/Diaminopimelic acid D-alanine Peptidoglycan Muramic acid Glucosamine

Peptidoglycan- schematic

La biosynthèse du peptidoglycane S'effectue par sous-unités dans le cytoplasme jusqu'à l'assemblage du disaccharide-pentapeptid (N-Acétyl Glucosamine-Acide N-Acétyl Muramique- L-Alanine-D-Glycine-L-Lysine-D-Alanine-D-Alanine) qui traverse la membrane cytoplasmique fixé sur un transporteur phospholipidique puis est attaché à la chaîne glucidique de la paroi pré-existante (réaction de transglycosylation). Les chaînes peuvent être reliées pour former la molécule réticulée finale par liaison covalente entre les peptides (réaction de transpeptidation). D'autres enzymes sont nécessaires: hydrolases permettant de couper les chaînes glucidiques du peptidoglycane (rôle essentiel lors de la division), D, D carboxypeptidases coupant le dipeptide D- Alanine-D-Alanine et réduisant le nombre des interconnexions.

Importance medicale Certaines étapes peuvent être entravées par certains antibiotiques: ß-lactamines, glycopeptides (antibiotiques) ou encore enzyme (lysozyme) La composition variant selon l'espèce ou le groupe bactérien, il a été possible de distinguer des affinités tinctoriales différentes par la coloration: Gram + et Gram-.

La forme des bactéries

Paroi des bactéries à Gram positif Le peptidoglycane est le constituant majeur La muréine représente jusqu'à 30 % du poids sec d'une cellule. Le peptidoglycane est très solide, les liaisons croisées entre chaînes glucidiques sont nombreuses.

Paroi des bactéries à Gram négatif Beaucoup plus complexe Le peptidoglycane est en couche mince peu dense (< 15 % du poids sec). L'autre constituant essentiel est un lipide complexe (A) couplé à la glucosamine et à des résidus phosphore qui est amphiphile, possédant une partie hydrophobe et une hydrophile. Il y a analogie entre les appellations « endotoxine », « lipide A » et « membrane externe » (cf pouvoir pathogène). Sur les résidus glucosamine, des polysaccharides complexes sont fixés et forment la partie la plus externe de la paroi. Ils sont essentiels pour la physiologie bactérienne dans les processus de pénétration de nutriments ou de toxiques, ils sont spécifiques de sous-espèces ou de types et comportent des sucres originaux : antigènes O. On trouve à l'intérieur, des phospholipides. La membrane est successivement hydrophile (polysaccharide complexe), hydrophobe (lipide A et lipides des phospholipides), hydrophile (têtes hydrophiles des phospholipides). Se trouvent enchâssées des protéines qui assurent la cohésion de la membrane, une liaison avec le peptidoglycane et des fonctions diverses de perméabilité sélective ou non. Ces porines, seules structures de transport des composés hydrophiles, sont essentielles à la vie de la bactérie mais aussi à l'action de certains antibiotiques. Enfin d'autres protéines servent à la captation d'ions (fer), ou de vitamines (facteurs de croissance).

Structures inconstantes La capsule Les flagelles Les pili – fimbriae Les pili sexuels La spore

La capsule bacteriene Ce constituant inconstant est le plus superficiel. Sa mise en évidence s'effectue par coloration négative (le colorant, encre de Chine ou Nigrosine est repoussé par la capsule et apparaît en clair sur fond noir). Constitué de polysaccharides acides (sucres sous forme d'acides uroniques tel l'acide galacturonique, l'acide glucuronique, mais aussi sous forme de sucres phosphorés), ce composant est lié à certains pouvoirs pathogènes, car il empêche la phagocytose. Elle peut se trouver à l'état soluble dans les liquides de l'organisme (emploi dans le diagnostic = recherche d'antigène soluble). Elle intervient dans l'identification infra-spécifique. Ce typage est une des méthodes de reconnaissance des épidémies. Les polymères capsulaires purifiés sont la base de certains vaccins(Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae).

Le glicocalix Ce sont des fibres polysaccharidiques ou polymères extrêmement fréquents entourant la bactérie et difficiles à visualiser en microscope électronique. Le feutrage des fibres de glycocalyx est constant dans le cas de bactéries vivant en biofilm dans les conditions naturelles. Il est responsable de l'attachement des bactéries aux cellules (cellules buccales, respiratoires......) ou à des supports inertes (plaque dentaire sur l'émail dentaire, biofilms sur les cathéters, ou encore les prothèses dans le cas de bactéries d'intérêt médical). Il protège les bactéries du biofilm de la dessiccation, sert à concentrer ou modifier les éléments nutritifs exogènes et rend les bactéries résistantes: antiseptiques, désinfectants, antibiotiques.

Structures inconstantes La capsule Les flagelles Les pili – fimbriae Les pili sexuels La spore

Les flagelles Ils assuer la mobilité da la bactérie longues et fines structures filamenteuses Ils assuer la mobilité da la bactérie Ils ne sont pas visible en microscopie optique qu’avec des technique de coloration spéciale Ils ont plusieurs micromètres de long Leur nombre et leur disposition varient suivant les espèces Ils sont implantés tout autour de la bactérie(disposition péritriche) ou à une extrémité de la bactérie (dispozition polaire) Ils sont faits de l’assemblagede molecule de protéines - flagelline Ils sont attachés a la membrane cytoplasmique par une structure protéique complexe et mobile par rotation La flagelline est antigénique et les flagelles sont le support de l’antigénicité H

FLAGELLES (ME)

Structures inconstantes La capsule Les flagelles Les pili – fimbriae Les pili sexuels La spore

Fimbriae ou pili Sont structures fibrillaires, rigides, de nature protéique et dispose à la surface de nombreus bactéries a Gram negatif Ils sont plus fine et plus réguliers que les flageles Permettent l'attachement spécifique des bactéries sur les cellules, phase essentielle dans certains pouvoirs pathogènes (Escherichia coli de certaines infections urinaires) Des structures comparable peuvent également protéger la bactérie de la phagicytose et favoriser la virulence (Neisseria gonorrhoeae)

Peu nombreux, longs, creux, renflés a leur extrémité distale Pili sexuels Peu nombreux, longs, creux, renflés a leur extrémité distale Ils sont code par des plasmides Ils interviennent dans la phénomènes de la conjugaison bactérienne Des virus bactériens ou bactériophages peuvent infecter la bactérie après fixation sur certains pili sexuels

Structures inconstantes La capsule Les flagelles Les pili – fimbriae Les pili sexuels La spore

La spore Certaines speces bactérienne, dites sporulées, ont la propriété quant elles sont placéedans la conditions défavorable de environnement de donner naissance à des spores qui vont pouvoir résister indéfinitivement au froid, à la dessiccation Quand des conditions favorable se manifestent de nouveau, la spore redonne des bactéries végétatives identique à celles qui lui ont donné naissance. Importance médicale – la thermo-résistence(les méthodes de sterilisation par la chaleur doivent tenir compte de cette propriété) et la résistence aux antibiotique et à certains antiseptiques.