CHRU de Lille - IFSI - 1ère année 2010 Le monde microbien Dr N. Loukili Unité de Lutte contre les Infections Nosocomiales

Plan (1) Introduction : Les microbes I- Généralités - La cellule vivante - Les acides nucléiques - 4 catégories de microbes - Nomenclature - Diversité

Plan (2) II- Bactéries A- La cellule bactérienne 1- Formes 2- Paroi 3- Matériel génétique 4- Cytoplasme 5- Capsule 6- Flagelles 7- Pili

Plan (3) B- Les spores bactériennes C- La croissance bactérienne 1- Reproduction par division 2- Conditions de croissance D- Identification au laboratoire

Plan (4) III- Champignons IV- Protozoaires V- Virus

Les microbes 1 micron (µm) = 1/1000ème de mm XVIème : microscope optique par Z Jansen (Pays-Bas) 1674 : description des premières  « animalcules » par Van Leuwenhoek 1837 et 1838 : « la levure est un organisme vivant qui se reproduit par bourgeonnement » Charles Cagniard-Latour, Theodor Schwann et Friedrich Kützing 1878 : le terme "Microbe" par C-E Sédillot "Micro-organisme" Classification : scientifique médicale, pragmatique

La cellule vivante Unité de structure des êtres vivants 2 types de cellule : Eucaryote : Noyau contenant plusieurs chromosomes Procaryote : Pas de noyau, un chromosome libre dans le cytoplasme Organismes Pluricellulaires Unicellulaires = protistes

Les acides nucléiques Acide désoxyribonucléique = ADN constituant de base des chromosomes, formé de 2 chaînes complémentaires support des gènes Acide ribonucléique = ARN copie de l’ADN (1 chaîne)

Réplication ADN ADN Transcription ARN Traduction Protéine

Réplication de l’ADN

Transcription de l’ADN

Traduction de l’ARNm

4 catégories de microbes Taille Cellule Protozoaires 100 µ Eucaryote Champignons 10-50 µ Eucaryote Bactéries 1 µ Procaryote Virus 0,1 µ Pas de cellule 1 acide nucléique

Nomenclature Genre + espèce Penicillium camembertii Homo sapiens Toxoplasma gondii (Toxoplasme) Penicillium camembertii Staphylococcus aureus (Staphylocoque doré) Staphylococcus sp.

Diversité Espèces différentes +++ Quantités : 1 kg de terre = - mille milliards de bactéries - cent cinquante milliards de champignons - dix millions de protozoaires

La cellule bactérienne Paroi Membrane Ribosome Cytoplasme Chromosome (ADN)

La cellule bactérienne A: Pili B: ribosomes C: Capsule D: Paroi E : Flagelle F : Cytoplasme G : Vacuoles de réserve H : Plasmides (ADN) I : ADN J : mb plasmique

Formes Coccus, pl. cocci : rond Bacille : allongé Autres : spiralé

Cocci Staphylococcus epidermidis Streptococcus pyogenes

Bacilles E coli

Spiralés Treponeme pallidum spirochètes à la surface de microvillosités de cellules intestinales de tique.

Paroi des bactéries Forme de la bactérie  squelette externe de la bactérie Rôle déterminant dans la spécificité antigénique des bactéries Siège de l'action de certains enzymes exogènes (lysozyme) ou endogènes (autolysines) et de certains antibiotiques, notamment les bêtalactamines (pénicillines) Le lipopolysaccharide (LPS) et le peptidoglycane  rôle important dans la défense immunitaire non spécifique contre l'infection Coloration de Gram

Paroi des bactéries à Gram + à Gram - Membrane externe Peptidoglycane Membrane cytoplasmique autres : mycobactéries = bacilles acido-alcoolo résistants (baar)

Matériel génétique Chromosome (ADN chromosomique) Plasmides éventuels (ADN extrachromosomique)

Capsule La capsule est un enduit excrété par certaines bactéries. Elle est habituellement de nature polysaccharidique Rôle dans l’aspect des colonies : colonies lisses (S pour « smooth ») ou muqueuses, tandis que les bactéries mutantes non capsulées donnent des colonies rugueuses (R pour « rough »). Rôle important dans le pouvoir pathogène de certaines espèces bactériennes (Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, Klebsiella, E.coli K1) par son rôle protecteur contre la phagocytose.

Capsule Patient présentant une pneumonie

Pili Les pili communs Structures protéiques filamenteuses, de 2 à 3 µm de long, disposés régulièrement à la surface de la bactérie Association de polymère de piline et d’adhésine Adhésine peut avoir des interactions avec des récepteurs cellulaire présents à la surface d'une cellule eucaryote Les pili, via l’adhésine, permettent la fixation de certaines bactéries sur les muqueuses, ce qui conditionne leur pouvoir pathogène (ex. fixation de Escherichia coli sur la muqueuse vésicale, du gonocoque sur la muqueuse de l'urètre, du vibrion du choléra sur les entérocytes...).

Pili Les pili sexuels plus longs mais en nombre plus restreint (1 à 4) codés par des plasmides (facteur F). rôle essentiel dans l'attachement des bactéries entre elles au cours de la conjugaison. rôle dans l'adhérence bactérienne, comme les pili communs, auxquels on pourrait les assimiler. Ex. : la protéine A de Staphylococcus aureus la protéine M de Streptococcus pyogenes.

Flagelles Péritriche Polaire Lophotriche (ex. Colibacilles) (ex. Vibrio) Lophotriche (ex. Pseudomonas)

Spores bactériennes Sporulation : - certaines espèces, dans des conditions défavorables, spores bactériennes = formes de résistance - résistance plus grande à la chaleur, UV, dessication, agents chimiques...

Bacillus subtilis-spores

La croissance bactérienne Reproduction par division : par exemple, Escherichia coli, dans des conditions définies 1 division toutes les 20 minutes 1 bactérie 100 000 000 (109) en 24h

Courbe de croissance Nombre de bactéries Temps 1. Phase de latence 2. Phase de croissance exponentielle 3. Phase ralentissement 4. Phase stationnaire 5. Phase de déclin Temps

Croissance bactérienne

Conditions de croissance Exigences nutritionnelles besoins communs : eau source d'énergie : lumière, composés minéraux, composés organiques source de carbone : CO2, sucre, ... source d'azote, soufre, phosphore, etc... Autres éléments (sodium, potassium, calcium, sélénium…) besoins spécifiques à certaines bactéries ( vitamines, fer…)

Conditions de croissance Exigences respiratoires Bactéries Exigence en O2 aérobies strictes présence anaérobies strictes absence aéro-anaérobies facultatives présence ou absence Température pH

Identification au laboratoire Morphologie examen au microscope optique : des prélèvements des colonies sur milieux de cultures coloration : ex. coloration de Gram bactéries à Gram + : violettes bactéries à Gram - : roses Cultures : - conditions nécessaires à la croissance et délai Caractères biochimiques, antigéniques...

Identification au laboratoire : coloration de Gram

Milieu de culture liquide

Identification au laboratoire : milieu solide

Identification au laboratoire

III- Champignons Catégories : Champignons filamenteux : Levures : Moisissures : Penicillium, Aspergillus Dermatophytes Levures : Candida albicans Saccharomyces

Structures : Moisissures : Spores Mycélium Levures

III- Champignons A flavus A fumigatus

IV- Protozoaires Cycles évolutifs Exemples vie libre vie libre + parasitisme (hôte(s), vecteurs) division cellulaire complexe Exemples Amibes Toxoplasma gondii Giardia Plasmodium falciparum

V- Virus

Réplication attachement du virus à une cellule pénétration, perte de la capside détournement de la machinerie cellulaire pour la synthèse de nouveaux virus mort de la cellule et libération des virus ou infection chronique de la lignée

Remarque : Virus =Parasites intra-cellulaires obligatoires ont besoin de la « machinerie » cellulaire pour se multiplier ne se multiplient pas dans l’environnement

A retenir 4 grandes catégories de microbes par taille croissante : virus, bactéries, champignons, protozoaires Extrême diversité dans la nature : Bactéries = les plus nombreux habitants de la Terre Seule une petite partie est d’intérêt médical (protectrice ou potentiellement pathogène)

A retenir Intérêt industriel Empêcher la multiplication bactérienne : - Champignons : fermentations, production d’antibiotiques - Bactéries : production de substances, dépollution Empêcher la multiplication bactérienne : pas de nutriments : enlever les salissures organiques, pas d'eau : sécher...

A retenir Le XIXe siècle voit le développement de la médecine de laboratoire, qu’elle soit microbiologique, chimique ou pathologique et notamment : en 1837 et 1838 : la levure est un organisme vivant qui se reproduit par bourgeonnement Charles Cagniard-Latour, Theodor Schwann et Friedrich Kützing publient séparément leurs observations microscopiques et concluent que. À partir de 1857, Louis Pasteur étudie les fermentations et démontre qu’il s’agit d’un processus non seulement chimique mais biologique en isolant et cultivant les levures responsables du phénomène. Casimir Joseph Davaine (1812-1882) montre qu’une maladie est due à un microbe en isolant l’agent responsable de l’anthrax. Louis Pasteur (1822-1895) s’intéresse à l’étude des microbes pathogènes pour l’homme et les animaux. Robert Koch (1843-1910) perfectionne les techniques bactériologiques (coloration, cultures pures) et décrit le rôle des bactéries dans les maladies infectieuses, en 1840, Alphonse Laveran découvre le trypanosome de la malaria et décrit son cycle, en 1881, Louis Pasteur montre que l’agent infectieux responsable de la rage est invisible à l’œil nu, ne se cultive pas et n’est pas retenu par un filtre. Il semble donc différent des bactéries. En 1892, la même observation est réalisée par Dmitri Ivanowski qui travaille sur la mosaïque du tabac. En 1898, Martinus Willem Beijerinck montre que l’agent responsable de la mosaïque du tabac est un agent ultrafiltrable ou contagium virum fluidum. En 1917, Félix-Hubert d'Hérelle décrit l’agent causal de la plage de lyse sur des cultures bactériennes et le nomme bactériophage. Il faudra attendre la découverte du microscope électronique (1931, Ernst Ruska) et la technique de cultures in vitro (1949) pour mettre convenablement en évidence les virus.