Cours de Bactériologie Faculté de Médecine de Fès Dr. Sylvestre Tigaud Laboratoire de Bactériologie Centre de Biologie Nord Hôpital de la Croix-Rousse CHU de LYON

Structure de la Bactérie Dr. Sylvestre Tigaud sylvestre.tigaud@chu-lyon.fr Tel : +33 4 72 07 18 44 Fax : +33 4 72 07 18 42 Hôpital de la Croix-Rousse

Microbiologie Microbiologie = Biologie des microrganismes ou microbes virus + Bactéries champignons et protozoaires sont arbitrairement rattachés à la parasitologie-mycologie Classification cytologique: Chatton 1937 reconnait deux types de cellules à l’intérieur du vivant: la cellule eucaryote(noyau plus organiites) et la cellule procaryote d’organbisation rudimentaire. Les protistes uni ou pluricellualires présentent toujours le même type cellulaire indifférencié. Ceci permet de distinguer les protistes eucaryotes ou supérieurs : algues vertes, protozoaires, champignons, protistes procaryotes: bactéries et algues bleu-vert Les microbes sont nombreux! Bactéries = 50% de la biomasse; recyclent la matière organique Bactéries de l'intestin: plus nombreuses que les cellules de l'homme: 10 13 cel eucaryotes / être humain 10 14 bacteries chez l'homme bactéries pathogènes = une infime fraction du monde bactérien Les microbes sont utiles - bénéfice direct ou indirect pour l’homme de la très grande majorité des bactéries. Chainon essentiel dans la plupart des chaines alimentaires. Par exemple les bactéries du rumen, las bactéries de l’agro-alimentaire choucroute, yaourhte, fromage, les fermentations du vin ou de la bieère.Enfin la production d’antibiotiques -excellent modèle d’étude des systèmes biologiques en particulier du fait de leur mulriplication rapide tps de genération d’E.coli 20 minutes Biotechnologie: excellent système de production en quantité industrielle de protéines

I - Généralités Cellules procaryotes Capable de se développer dans un environnement adapté synthèses cellulaires nécessaires à leur croissance et à leur multiplication Parfois elles parasitent des cellules eucaryotes Taille variable suivant les espèces (0,2 à 6 micromètre)

Comparaison entre bactérie et cellule eucaryote Organites eucaryotes: mitochondries, siège des processus d’oxydo-réduction, origine probable = endosymbionte, REL/REG, réseau membranaire où s’effectue la synthèse des GP et des lipides vésicules de Golgi qui orientent les protéines vers leur destination propre les lysosomes qui participent à la dégradation des macromolécules le cytosquelette

II - Les enveloppes membrane cytoplasmique 1 - La membrane cytoplasmique entoure le cytoplasme (= C.eucaryote) trilamellaire phospholopidique + protéines Barrière osmotique entre la cellule et son environnement perméases  échange par transport actifs enzymes respiratoires parfois fixation de flagelles responsables de la mobilité (hélices protéiques)

II - Les enveloppes Paroi 2 - La paroi Rigide, résistante, perméable Composition : PEPTIDOGLYCANE unique macromolécule chaînes glucidiques reliées par des chaînons peptidiques synthèse par des sous-unités du cytoplasme

chaîne secondaire : exemple, Gly-Gly-Gly-Gly-Gly chez staphylocoque 3 2 1 chaîne glycanique GlcNac MurNac GlcNac MurNac MurNac chaîne secondaire : exemple, 1 1 Gly-Gly-Gly-Gly-Gly chez staphylocoque 2 2 3 4 3 4 4 3 4 3 2 2 1 1 MurNac MurNac GlcNac MurNac GlcNac GlcNac MurNac 1 1 Tétrapeptide (initialement pentapeptide) 1 = L-alanine 2 = acide D-glutamique 3 = acide diaminopimélique 4 = D-alanine ou L-lysine 2 2 3 4 3 4 4 3 4 3 2 2 1 1 MurNac MurNac GlcNac MurNac GlcNac 1 2 3

Cytoplasmic localisation Staphylococcus aureus peptidoglycane (redrawn from a slide by Hiramatsu, San-Diego ICAAC) Monomeric precursors Cytoplasmic localisation

II - Les enveloppes Paroi Paroi des Gram + peptidoglycane seul, très solide Paroi des Gram - espace périplasmique (gel polysaccharidique) peptidoglycane en couche très mince membrane externe = LPS (lipopolysaccharide) qui a un pouvoir toxique (=endotoxine) porines = protéines de transport

Peptido-glycane Parietal Paroi Gram Positif Acides Teichoique Peptido-glycane Parietal -lactamases Transport actif PLP Mb. Cytoplasmique

Peptido-glycane Parietal Paroi Gram Négatif Mg++ Porine GLP Mb. Externe Peptido-glycane Parietal -lactamases Transport actif PLP Mb. Cytoplasmique

Paroi des bactéries à Gram négatif Membrane externe avec : - lipopolysaccharide de surface = LPS - porines (protéines) pour le transport - récepteurs phages et bactériocines Peptidoglycane Espace périplasmique Membrane cytoplasmique Paroi des bactéries à Gram positif Peptidoglycane avec : - acides teichoïques Membrane cytoplasmique

II - Les enveloppes Paroi Paroi des mycobactéries peptidoglycane recouvert de lipides externes complexes tels que les acides mycoliques (70% du poids) Bactéries déficientes en paroi: formes L (action des antibiotiques) mycoplasmes

II - Les enveloppes Paroi Enveloppe rigide responsable de : Forme sphériques = cocci cylindriques (bâtonnets) = bacilles hélicoïdales = spirochètes Arrangement ou groupement : dépend du plan de division chaînes (streptocoques) amas (staphylocoques) diplocoques (pneumocoques) palissades (corynébactéries) Coloration : Gram +/- ; Ziehl

Aspect au Gram : Cocci Gram+ Isolés, en diplocoques ou en chaînette : Streptococcus Enterococcus Peptostreptococcus Gemella Leuconostoc Pediococcus Isolés, en diplocoques ou en amas : Staphylococcus Micrococcus Stomatococcus

Aspect au Gram : Cocci Gram- Isolés ou en diplocoques : Neisseria Moraxella Veillonella

Aspect au Gram : Bacilles Gram+ Taille moyenne : Lactobacillus Corynebacterium Bifidobacterium Eubacterium Propionibacterium Listeria Gros bacilles à bout carré : Bacillus Clostridium Lactobacillus

Aspect au Gram : Bacilles Gram+ Petits, en pallissade : Corynebacterium Propionibacterium Listeria Rhodococcus Garderella Filamenteux, branchés : Propionibacterium Actinomyces Nocardia Streptomyces

Aspect au Gram : Bacilles Gram- Taille moyenne, épais : Enterobacteriaceae Bacteroides Prevotella Fusobacterium Taille moyenne, fins : Pseudomonas Enterobacteriaceae Bacteroides Prevotella Fusobacterium

Aspect au Gram : Bacilles Gram- Pleomorphiques, long ou courts, souvent vacuolés : (Pseudomonas) (Enterobacteriaceae) Bacteroides Fusobacterium Petits, souvent cocco-bacillaires : Haemophilus Acinetobacter Moraxella Prevotella Porphyromonas

Bacilles Gram- En forme de virgule : Vibrio Campylobacter Helicobacter En forme de spirale : Treponema Leptospira Borrelia

II - Les enveloppes glycocalyx et fimbriae 3 - Le glycocalyx Présence très fréquente Fibres polysaccharidiques qui entourent la bactérie Responsable de l’attachement de la bactérie aux cellules vivantes à des supports inertes 4 - Parfois existence de grosses protéines rigides : fimbriae ou pili (attachement spécifique) Mon jugement personnel est que les êtres vivvant que je porte dans ma propre bouche meême si je me lave sont plus nombreux que toute la population des pays bas. Pb : refuse de vendre ses microscopes à d’autres scientifiques En 1859, l’académie des sciences propose un concours pour essayer de résoudre la théorie de la génération spontanée (les plats avariés donnent naissancent aux vers) 4 postulats essentiels pour attribuer à un microrganisme la cause d'une maladie: 1. Microrganisme présent chez tous les sujets malades, au niveau du site de l'infection 2. Microrganisme peut être isolé et cultivé à partir du sujet malade 3. Microrganisme inoculé à un sujet sain (modèle expérimental) doit produire les symptomes de la maladie 4. Microrganisme doit être retrouvé dans le corps de l’animal inoculé NB : actuellement postulats 2 et 3 souvent faux

II - Les enveloppes capsule 5 - La capsule Constituant inconstant Structure : polysaccharides acides Empêche la phagocytose (pouvoir pathogène) Les Ag capsulaires sont à la base de certains vaccins

III - Les constituants du contenu bactérien 1 - Cytoplasme Gel colloïdal : Eau : 80% Substances organique et minéral ARN ARN ribosomal : Nombreux ribosomes : 2 sous-unité Sous unité 30S : ARNr16S Sous unité 50S : ARNr 23S ARN soluble : ARNm et ARNt Pas de mitochondries : les enzymes transporteurs d’électrons sont localisé dans la membrane cytoplasmique Relation homme-bactérie dans une finalité de soins hôte = homme ou les populations s’appuie sur des connaissances propres à la microbiologie, y compris fondamentale et sur des connaisances médicales action potentielle de soins découlle de la connaissance de la BM Aspects de la bactériolgie en rapport avec la médecine Pathogénie. Comment les bactéries nous rendent malade Diagnostic. Quand et comment conduire les investigations microbiologiques ; comment interpréter les résultats Thérapeutiques. Comment utiliser les médicaments anti-infectieux Epidémiologie. Dissémination, distribution et prévalence des infections dans les différentes communautés Prévention, par des mesures de santé publique, amélioration du niveau de vie, vaccination Autres aspects de la bactériologie (sol, eau, aliments, etc...)

III - Les constituants du contenu bactérien 2 – L’appareil nucléaire Chromosome unique =ADN (80%) ADN bicaténaire (double hélice) circulaire super-enroulé 3 000 à 6 000 gènes = génotype Déplié = 1 mm de longueur - Enzymes (10%) C’est la machinerie de l’ADN ADN polymérases (copient des doubles brins d’ADN) Topoisomérases ADN gyrases ARN polymérases Relation homme-bactérie dans une finalité de soins hôte = homme ou les populations s’appuie sur des connaissances propres à la microbiologie, y compris fondamentale et sur des connaisances médicales action potentielle de soins découlle de la connaissance de la BM Aspects de la bactériolgie en rapport avec la médecine Pathogénie. Comment les bactéries nous rendent malade Diagnostic. Quand et comment conduire les investigations microbiologiques ; comment interpréter les résultats Thérapeutiques. Comment utiliser les médicaments anti-infectieux Epidémiologie. Dissémination, distribution et prévalence des infections dans les différentes communautés Prévention, par des mesures de santé publique, amélioration du niveau de vie, vaccination Autres aspects de la bactériologie (sol, eau, aliments, etc...)

III - Les constituants du contenu bactérien 3 - Plasmides : non indispensable réplication autonome indépendante du chromosome portent des gènes codant des avantages sélectifs gènes structuraux (fimbriae) gènes métaboliques gènes de production de toxines gènes de résistances aux antibiotiques,… transmission de plasmides aux cellules filles à d’autres bactéries, même d’espèces différentes (multiples mécanismes)

Transmission Verticale d’un gène muté

Transmission Verticale et Horizontale intra ou inter specifique de plasmide ou transposon

IV - Les spores Spore = forme de survie de certains bacilles à Gram + (genre Bacillus , genre Clostridium) métaboliquement inactive et non pathogène Sporulation dans des conditions défavorables Forme végétative : métaboliquement active et potentiellement pathogène germination dans des conditions favorables Spore = résistance à la chaleur, la dessiccation, aux désinfectants aux antibiotiques

Principe de Classification On adopte la classification binominale internationale des êtres vivants en Genre et espèce. Par exemple Homo sapiens. N.B. Genre en italique, avec une majuscule, espèce en italique sans majuscule. Les noms sont latinisés, donc jamais d’accent. La classification utilise traditionnellement la forme, le Gram, l’utilisation de l’oxygène, le métabolisme. De plus en plus souvent, Séquençage de l’ARN16S

Classification schématique des principales bactéries à Gram positif groupés en Microcoques amas Staphylocoques aérobies ou anaérobies groupés facultatifs cocci Streptocoques en chaînettes anaérobies Peptostreptococcus avec spores Bacillus Corynébactéries aérobies ou Listeria anaérobies Lactobacilles facultatifs sans spores Nocardia Classification binomiale : le nom d'un genre (avec la première lettre en majuscule) + le nom d'une espèce (en minuscule, en LATIN et en italique ex : Escherichia coli, Staphylococcus aureus Mycobactéries bacilles avec spores Clostridium anaérobies Actinomyces sans spores

Classification schématique des principales bactéries à Gram négatif aérobies Neisseria cocci anaérobies Veillonella Pseudomonas aérobies Salmonella Shigella Klebsiella Proteus Escherichia Yersinia bacilles Bordetella anérobies Haemophilus facultatifs Pasteurella Vibrio Bacteroides anaérobies Fusobacterium microaérophiles Campylobacter aérobies Leptospira spirochètes anaérobies Borrelia Treponema sans paroi Mycoplasma