ANATOMIE-STRUCTURE BACTERIENEE UNIVERSITE MOULOU-MAAMERI DE TIZI-OUZOU FACULTE DE MEDECINE DEPARTEMENT DE MEDECINE COURS DE 3ème ANNEE MEDECINE MODULE DE MICROBIOLOGIE ANATOMIE-STRUCTURE BACTERIENEE Dr T.DJERBOUA Pharmacien maitre assistant en microbiologie CHEF DU SERVICE LABORATOIRE DE BIOLOGIE MEDICALE HOPITAL SIDI BELLOUA-CHU TIZI-OUZOU Année universitaire : 2016-2017 Email : drtaoufik123@hotmail.fr

DEFINITION D'UNE BACTÉRIE Etre unicellulaire de petite taille (microorganisme, micron) de morphologie différente qui présente des caractéristiques propres (Procaryote)

LA CELLULE EUCARYOTE / PROCAROTE

STURCTURE BACTERIENNE ELEMENTS CONSTANTS ELEMENTS FACULTATIFS LA PAROI LA CAPSULE LA MEMBRANE CYTOPLASMIQUE LES FLAGELLES LE CYTOPLASME LES FIMBRIAE LES RIBOSOMES LES PLASMIDES LE CHROMOSOME LES SPORES

La coloration de Gram Principe : utilisation d’un jeu de colorants / décolorants agissant chimiquement sur les éléments de la paroi bactérienne qui, en fin de réaction prennent une teinte caractéristique en onction de sa compostion. Objectifs : * reveler la forme (morphologie) de la bactérie (coque, bacille, coccobacille = forme intermediaire entre bacille et coque , spirale…) *visualiser le mode de rassemblement des bactéries ( par deux, par 4 , par groupe en chapelet , par groupe en grappe de raisin …etc) *visualiser la couleur (teinte) de la bactérie et donc de prédire sa structure de paroi Ce processus est dit : revelation de l’affinité morpho-tinctoriale de la bactérie .

La coloration de Gram Matériel : Les colorants : Violet de gentiane ou cristal violet (bleu violacé) qui colore le peptidoglycane Lugol (iodo-iodure de potassium) de couleur brun foncé il s’agit d’un colorant mordant permettant de fixer le cristal violet sur les structures bactérinnes La fuschine : colorant rouge qui permet de recolorer les structures bactériennes des Gram négatif qui seront décolorés par l’alcool 2) Le décolorant : L’alcool éthylique a 96° De gauche a droite Lugol Alcool Violet de gentiane ou cristal violet fuschine

La coloration de Gram Procedure (Cf TP de bactériologie): Confection des frottis 2) Coloration au violet de gentiane (1 minute) 3) Mordansage par le lugol (30 sec) 4) Décoloration a l’alcool (5 a 10 sec) 5) contre-coloration a la fuschine (1 minute)

La coloration de Gram Lecture : au microscope photonique X1000 Ex 1: affinité morpho tinctoriale de l’image en bas a droite Morphologie : bacilles a extrémités franches sans éléments particuliers (spore , capsule …) Disposition : en chainettes Teinte : Gram + Ex 2 : image en bas a gauche Cocci , a Gram négatif, disposés de manière isolée , mais aussi par deux (diplocoques) et en amas Ex 3 : image en haut a droite Cocci a Gram + en amas (les amas ont une forme de grappe de raisin typique d’un Staphylocoque) Ex 4 : image en haut a gauche Bacilles , a gram négatif , disposés de façon isolés ou en amas

LA PAROI enveloppe rigide assurant l'intégrité de la bactérie ( responsable de la forme des cellules) Elle protège des variations de pression osmotique. Elle est absente chez les Mollicutes (Mycoplasma). Elle est elle-même constituee de plusieurs elements variables d’un groupe bactérien a un autre , mais la partie commune à toutes les parois bactériennes est le peptidoglycane

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

LE PEPTIDOGLYCANE Composition *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. L'enchaînement des aminoacides des séries D et L est une constante. *Ces tétrapeptides sont reliés directement entre eux ou par une courte chaîne peptidique (chaîne « interpeptidique»).

LE PEPTIDOGLYCANE BIOSYNTHESE: s'effectue par sous-unités dans le cytoplasme jusqu'à l'assemblage du disaccharide-pentapeptide (N-Acétyl Glucosamine-Acide N-Acétyl Muramique- L-Alanine-D-Glycine-L-Lysine-D-Alanine-D-Alanine) qui traverse la membrane cytoplasmique. A ce stade il 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. L’ensemble des ses enzymes sont dit :PLP ou PBP (penicillin binding protein ou proteines liant la pénicilline) Il en existe plusieurs types, certaines sont assez volumineuses pour assurer de multiples fonctions enzymatiques (PLP MAJEURES) d’autres sont plus petites ne n’assurent qu’une seule des fonctions enzymatiques cités plus haut (PLP mineures)

LA PAROI Les autres éléments de la paroi sont variables et incluent L'acide téichoïque et lipoteichoique :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 -, ce qui explique le fait que les bactéries à Gram - possèdent beaucoup moins de peptidoglycane (5 à 20 % de la paroi). Ils ont aussi un role dans la régulation de la synthese de la paroi. Possèdent des proprètés antigéniques Le Lipopolysaccharide : Le lipopolysaccharide (LPS) est un composant essentiel de la face externe de la membrane externe des bactéries à Gram négatif. C'est une endotoxine pyrogène (toxique et antigénique) Composition : Antigène O: chaines latérales osidiques Core: oligosaccharide central Lipide A La lipoproteine de Braun : sont des composantes spécifiques de l'enveloppe de la plupart des bactéries Gram négatif. permet un ancrage dans la couche externe par lipophilie. Diverses proteines , glycoproteines , lipoproteines et glycolipoproteines membrannaires et transmembrannaires a fonction enzymatique, transporteurs , stabilisation de la paroi…

*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 -. *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.

*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 -. Paroi des bactéries à Gram négatif : Beaucoup plus complexe, composée de 3 couches *membrane externe avec 2 feuillets : externe lipopolysaccharidique et interne phospholipidique *Peptidoglycane < 15% du poids sec *membrane interne phospholipidique

IL EXISTE DES ORGANISMES A PAROI COMPLEXE En haut a gauche : enveloppe des mycoplasmes (microbes sans paroi) en haut a droite : paroi complexe des mycobactéries, assimilable a un Gram + (agent de la tuberculose) En bas : paroi complexe des Spirochètes, assimilable aux Gram négatif (dont les agents de la sy^philis vénérienne, de la leptospirose et de la borréliose de Lyme

Autres propriétés de la paroi bactérienne Coloration de Gram : fondée sur l'action successive d'un colorant, le cristal violet, d'iode puis d'un mélange d'alcool et d'acétone (cf TP 1). Gram(1853-1938), a été inventeur de la coloration en 1884. Son intérêt est de donner une information rapide et médicalement importante, car le pouvoir pathogène et la sensibilité aux antibiotiques sont radicalement différents. Les morphologies bactériennes sont variées. Les cellules peuvent être courtes, pratiquement sphériques (cocci ou coques) ou allongées (bacilles), rectilignes, incurvés, en spirale… elle peuvent aussi etre isolés (cellule bactérienne seule) ou s’assier par 2 (diplocoque ou diplobacilles, par 4(tetrades) ou en amas … L'absence de paroi est habituellement létale pour les bactéries (Mollicutes exceptés= mycoplasmes). Les bactéries dépourvues d'enveloppes extérieures sont les « formes L » et les protoplastes = bactéries avec paroi et l’ayant perdu a cause d’un agent physique ou chimique ex : traitement par les beta lactamines Les protoplastes ne semblent pas avoir un intérêt médical car elle se détruisent spontanément, elles sont par contre intéressante dans le cadre de la recherche en bactériologie

La membrane plasmique *C'est une membrane trilamellaire formée de phospholipides entourant des protéines. *Elle est à l'interface entre cytoplasme et structures externes. Certaines protéines, les perméases, ont un rôle important dans les échanges. D'autres protéines sont des enzymes respiratoires ou impliquées dans la production d'énergie (ATPase). La membrane a ainsi un rôle métabolique majeur : on y trouve la plupart des activités associées aux mitochondries dans la cellule supérieure. Les flagelles bactériens y sont fixés, c'est là que se génère leur mouvement tournant. Est est détruite par des antibiotiques (polypeptides, antiseptiques).

le cytoplasme *À côté de diverses structures de stockage (mais jamais organisées), appareil nucléaire et ribosomes sont présents dans le cytoplasme bactérien). *l’appareil nucléaire : 1 ou plusieurs chromosome(s) linéaire ou circulaire superenroulés. Pas d’histones (cf cours génétique) *Ribosomes Constitués d'ARNr et de protéines, les ribosomes bactériens comportent deux sous-unités (30 S, 50 S). Ils sont particulièrement présents à proximité de la membrane cytoplasmique, site de synthèse de la paroi et des protéines exportées. Ils n'ont pas la structure des ribosomes de cellules supérieures expliquant la spécificité propre au monde bactérien. Des antibiotiques perturbent la synthèse des protéines à leur niveau (Tétracyclines)

LES ELEMENTS FAULTATIFS *la capsule / slime / glycocalyx : 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 ce composant est lié à certains pouvoirs pathogènes, car il empêche la phagocytose. (pathogènes invasifs) 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 GLYCOCLYX quand a lui est une structure fibrillaire frequemment retrouvé chez les bactéries et est impliqué dans l’attachement aux cellules et aux supports inertes

LES ELEMENTS FAULTATIFS *LES FLAGELLES: structures proteiques (flagelline) antigéniques (antigène P) retrouvés chez les procaryotes et les eucaryotes. Elles assurent la mobilité, non visibles au microscope optique que par des colorations spéciales. Selon la disposition de la flagelles on distingue: Disposition monotriche : 1 seul flagelle polaire ex Pseudomonas aeruginosa Disposition lophotriche : une touffe de flagelles polaires ex Helicobacter pylori Disposition amphitriche : 1 flagelle sur chaque pole ex Campylobacter spp Disposition peritriche : plusieurs flagelles entourant toute la cellule ex Enterobacteriaceae

LES ELEMENTS FAULTATIFS LEs PILI/FIMBRIAE: éléments fibrillaires de nature proteique (piline) il en existe 2 types Pili commun :Les fonctions évidentes sont l’agrégation bactérienne et la formation de biofilms bactériens. Les fimbriae permettent à certains Procaryotes d'adhérer les uns aux autres ou à un substrat. Ils permettent aussi de se fixer aux surfaces Les fimbriae jouent un rôle majeur pour expliquer la virulence de certaines bactéries dont E. coli, staphylocoques et streptocoques, gonocoques..) qui peuvent ainsi s'accrocher à leurs hôtes et mieux les infecter

LES ELEMENTS FAULTATIFS Pili sexuels : Plus longs et en nombres plus restreints (rarement plus que trois), les pili sexuels sont codés par des plasmides (facteur F). Ils jouent un rôle essentiel dans la conjugaison bactérienne : transmission de plasmides codant un caractère (pouvoir pathogène, résistance aux antibiotiques (facteur R), synthèse de protéines...) d'une bactérie mère à une bactérie fille. Les pili sexuels sont donc, en partie, responsables de la propagation de germes de plus en plus résistants aux antibiotiques. Si les bactéries sont suffisamment compatibles la transmission de plasmides peut se faire entre bactéries d'espèces différentes.

LES ELEMENTS FAULTATIFS La spore: Certaines bactéries, entre autres d'intérêt médical (genre Clostridium et Bacillus), ont la propriété de se différencier en formes de survie appelées spores. Le processus est appelé sporulation et les bactéries sont dites sporulés) Elles se présentent sous une forme végétative métaboliquement active et potentiellement pathogène ou métaboliquement inactive et non pathogène (forme sporulée). Conditions : déclenchée par des modifications de l'environnement tel épuisement en matières nutritives. La spore intra-bactérienne est libérée dans le milieu extérieur et y survit des années. Une fois les conditions redevenues favorables, les spores vont « germer » pour redonner vie a la forme végétative