La CELLULE BACTÉRIENNE (suite) Cellule procaryote

4. ÉLÉMENTS FACULTATIFS DES BACTÉRIES novembre 2006 Cellule procaryote

3.1. DNA ET SON EXPR 4.1. Les éléments locomoteurs Un ou plusieurs flagelles libres à l’extérieur de la cellule Filaments axiaux (en nombre variable) emprisonnés entre la paroi et la membrane plasmique chez les spirochètes et les spirilles novembre 2006 Cellule procaryote

MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE Cils et flagelles E.coli Vibrio MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE Proteus vulgaris novembre 2006 Cellule procaryote

Cils et flagelles Leptospira icterohemorragiae Provoque maladie professionnelle des égoutiers et des baigneurs en eau douce (la bactérie provient de l’urine du rat). novembre 2006 Cellule procaryote

4-1-1- Mise en évidence des flagelles 4-1-1-1- Techniques directes Après coloration de Gram : Après imprégnation argentique : ? 1 mm

Techniques directes de mise en évidence des flagelles Flagelles visibles : après coloration des cils par imprégnation argentique dont le principe est d’épaissir les cils car cils trop fins pour être visibles en microscopie optique lors de l’observation au microscope électronique

Observation des cils au microscope optique après imprégnation argentique Clostridium botulinum Pseudomonas MICROSCOPIE OPTIQUE Vibrio Salmonella novembre 2006 Cellule procaryote

Observation des cils au microscope électronique E.coli Vibrio MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE Proteus vulgaris novembre 2006 Cellule procaryote

4-1-1- Mise en évidence des flagelles 4-1-1-2- Techniques indirectes Réalisation d’un état frais : Si bactéries immobiles : bactéries dépourvues de cils Si bactéries mobiles : bactéries pourvues de cils. Remarque : l’observation des modalités de déplacement permet d’évoquer le type de ciliature

4-1-2- Les diverses types de ciliature Péritriche Polaire Polaire Polaire monotriche lophotriche amphitriche

Mode d’insertion des flagelles et type de mobilité Insertion polaire : à une ou deux extrémités :  mobilité rectiligne avec traversée rapide du champ Insertion péritriche : sur toute la surface de la bactérie :  mobilité sinueuse lente avec tournoiement et changement fréquent de direction

Flagelles isolés avec leur corps basal 4-1-3- Structure des flagelles a/ mise en évidence de la structure au microscope électronique Flagelles isolés avec leur corps basal Un corps basal et Son crochet Crochet Corps basal

b/Insertion et structure des flagelles Gram - Gram + Filament Crochet Anneaux

Cils et flagelles novembre 2006 Cellule procaryote

c/ Structure : les 3 parties des flagelles Trois parties : Filament : cylindre creux et long (10 mm) constitué d’une protéine : flagelline Crochet : fixation du filament au corps basal Corps basal : anneaux d’ancrage aux membranes

4-1-4- Rôles des flagelles - Mobilité - Rôle antigénique - Rôle taxonomique

4-1-1-4- Rôles des flagelles a/ Mobilité - Energie nécessaire : force protomotrice - Intérêt physiologique : * Se déplacer vers les substances nutritives : chimiotactisme positif * Fuir les substances toxiques : chimiotactisme négatif

4-1-1-4- Rôles des flagelles b/ Rôle antigénique - Induction par certains constituants des flagelles de la synthèse d’anticorps (Ac) spécifiques et union de ces Ac avec les flagelles - Exemples : * Ag H des flagelles des Salmonella * Ag des flagelles d’ Escherichia coli.

4.2. Capsule Streptococcus pneumoniae novembre 2006 Cellule procaryote

4-2-1- Mise en évidence de la capsule Au microscope électronique : Au microscope optique : Etat frais à l’encre de chine 10 mm

4-2-2- Définition et nature biochimique de la capsule Couche externe à la paroi Couche très épaisse (0,5 à 2 mm) Couche composée soit de polyosides soit de polypeptides avec beaucoup d’eau protégeant la bactérie vis-à-vis de la dessication

4-2-3- Exemples de bactéries capsulées Bactéries pathogènes Streptococcus pneumoniae Klebsiella (Enterobactérie) Bacillus anthracis Bactéries de l’environnement Alcaligenes

4-2-4- Rôles de la capsule Rôles dans le pouvoir pathogène Protection de la bactérie contre la dessiccation Rôle antigénique Nuisances industrielles

4-2-4- 1- Capsule et pouvoir pathogène a/ Mise en évidence expérimentale d’un des rôles : Expérience de GRIFFITH Injection de S. pneumoniae capsulés : mort des souris Injection de S. pneumoniae non capsulés : survie des souris Injection de S. pneumoniae non capsulés : survie des souris

Modalités : Capsule = facteur de pathogénicité car empêche la phagocytose et la fixation du complément

b/ Autre mode d’action de la capsule vis-à-vis du pouvoir pathogène Adhésion de la bactérie par sa capsule à de nombreuses surfaces (dents, cellules épithéliales) Conséquence : Plus grande difficulté pour l’hôte d’éliminer la bactérie au moyen des cils vibratiles et du mucus Meilleure colonisation de l’hôte par les bactéries.

Bilan : Rôle antiphagocytaire de la capsule et adhésion renforcée par la capsule renforcent le pouvoir pathogène des bactéries capsulées.

4-2-4-2- Capsule et antigénicité Certains constituants capsulaires sont des antigènes Applications : Vaccination Identification de souches capsulées : Ex : Streptococcus pneumoniae

4-2-4-3- Capsule et nuisances industrielles Secrétion de capsule = accumulation de substances visqueuses : - bouchage filtres et tuyaux - modification des qualités organoleptiques des produits fabriqués ( exemple : filage du lait)

Remarques : autres exopolymères de surface Le glycocalyx Réseau diffus de polysaccharides Permettant l’adhérence des bactéries aux cellules et au support (favorisant le pouvoir pathogène et rendant difficile les opérations de nettoyage désinfection) : formation d’un biofilm. La couche S Substance protéïque Régulière et structurée Difficilement enlevable Rôle : protection, adhésion, antiphagocytaire

Biofilm bactérien en formation sur une dent Bactéries Fibres de polysaccharides

Plongée dans un biofilm bactérien

Couche S d’une Archaeae MET 100 nm

4.3. Pili E.coli novembre 2006 Cellule procaryote

Pili communs et pili sexuels Bactérie Gram - (MEB) 1 mm Un pilus sexuel Des pili communs flagelle

4-3-1- Définition Pili = filaments très fins courts raides non impliqués dans le mouvement

4-3-2- Les deux sortes de pili Pili communs Pili sexuels

4-3-3- Pili communs ou fimbriae Visibles seulement au microscope électronique Très nombreux Retrouvés chez les bactéries Gram - Rôle d’adhésion aux cellules, aux supports , font partie des adhésines

4-3-4- Pilus sexuel

Pili sexuels Moins nombreux Rôle dans l’ échange d’ADN entre bactéries lors de la conjugaison Présent chez les bactéries possédant le facteur F porté par un plasmide

4-3-5- Rôles des pili Pili sexuels : échange d’ADN entre bactéries par conjugaison Pili communs : adhérence aux cellules eucaryotes et autres supports Rôle antigénique Site de fixation pour des phages

4-3-5- Rôles des pili a/ Echange d’ADN (phénomène de conjugaison) Fixation du pilus de la bactérie donatrice sur un récepteur fixé dans la membrane plasmique d’une autre bactérie (dite réceptrice) Passage du matériel génétique (ADN bactérien ou plasmide) par le pilus de la bactérie donatrice à la bactérie réceptrice) Acquisition par la bactérie réceptrice de nouvelles propriétés dues à l’acquisition de nouveaux gènes et donc à l’aptitude de fabriquer de nouvelles protéines (enzymes ou autres.)

Exemple de propriétés acquises Résistance aux antibiotiques par transmission d’un plasmide ayant un gène codant pour une enzyme inactivant l’antibiotique

4-3-5- Rôles des pili b/ Adhésion aux cellules eucaryotes Fixation du pilus sur un récepteur spécifique présent dans la membrane plasmique de la cellule eucaryote Forte adhésion de la bactérie à la cellule Frein à l’élimination de la bactérie par le mucus ou autres liquides de l’organisme Implantation favorisée de la bactérie dans l’organisme

Conséquence de l’adhésion aux cellules eucaryotes Favorise l’implantation Favorise la multiplication de la bactérie dans l’organisme Permet le démarrage d’une infection Favorise le pouvoir pathogène de la bactérie

3.1. DNA ET SON EXPRESSION 4-4- Les plasmides E. coli éclaté Plasmide novembre 2006 Cellule procaryote

Plasmide novembre 2006 Cellule procaryote

4-4-1- Définition Plasmide = Petite molécule d’ADN bicaténaire et circulaire, indépendante de l’ADN bactérien, à réplication autonome, transmise à la descendance, interchangeable entre bactéries principalement par le phénomène de conjugaison, non indispensable à la croissance,

4-4-2- Composition et structure Identiques à celles de l’ADN bactérien mais de plus petite taille.

4-4-3- Mécanismes d’acquisition d’un plasmide par une bactérie Essentiellement par conjugaison : transfert d’une bactérie donatrice (dite F+) à une bactérie réceptrice (dite F-) en empruntant un pilus sexuel. Parfois par transduction : transfert du plasmide d’une bactérie à l’autre par l’intermédiaire d’un bactériophage tempéré. Parfois par transformation : intégration dans une bactérie vivante du plasmide provenant d’une bactérie morte de même espèce ou d’espèce voisine.

4-4-4- Fonctions des plasmides Plasmide = apport de gènes nouveaux synthèse de protéines nouvelles des caractères nouveaux à la bactérie Acquisition de la formation de pilus sexuel par apport du facteur F portant des gènes codant pour les pili Acquisition de la capacité à secréter des enzymes inactivant certains antibiotiques (ex : pénicillinase) par apport du facteur R portant des gènes codant pour ces enzymes Acquisition d’avantages compétitifs par apport de facteurs codant pour des bactériocines Acquisition de nouveaux facteurs de virulence Acquisition de nouvelles capacités métaboliques Protéines synthétisées par des bactéries et qui détruisent d’autres bactéries

Remarques : pourquoi certains plasmides = facteurs de virulence ? Gènes portés par le plasmide codent pour une toxine responsable d’effets pathogènes (ex : toxine érythrogène de Sreptococcus, toxine diphtérique) Gènes portés par le plasmide codent pour des adhésines Gènes codent pour des enzymes inactivant les mécanismes de défense de l’hôte Gènes codent pour des protéines responsables de l’induction de tumeurs.

4-4-5- Utilisation industrielle à des fins bénéfiques des plasmides (génie génétique) Modification de plasmides avec intégration d’un gène codant pour une substance souhaitée (insuline, hormone de croissance ….) Introduction du plasmide dans un microorganisme donné qui traduit tous les gènes et notamment ceux du plasmide et produit donc en grande quantité la protéine souhaitée Extraction de la substance du milieu de culture, puis purification de cette substance.

4.5. Spore (endospore) coloration de Moeller Bacillus état frais contraste de phasee Bacillus anthracis novembre 2006 Cellule procaryote

4-5-1- Définition Spore = structure fabriquée par 2 genres de bacilles Gram + (Clostridium et Bacillus) dans des conditions défavorables, libérée ensuite hors de la cellule, capable de résister très longtemps dans le milieu environnant jusqu’à ce que les conditions redeviennent favorables, redonnant ensuite lorsque les conditions redeviennent favorables un bacille identique au bacille initial par germination.

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4-5-2- Bactéries capables de sporuler Uniquement 2 genres de bacilles Gram + : Toutes les bactéries du genre Bacillus : bacilles Gram + aérobies (aérobies stricts ou aéro-anaérobies). Toutes les bactéries du genre Clostridium : bacilles Gram + anérobies stricts.

Observation au microscope optique à contraste de phase àl’état frais des spores de Bacillus et de Clostridium Clostridium Bacillus

Mise en évidence des spores au microscope optique : Colorations non spécifiques : Gram Bacillus anthracis

Mise en évidence des spores au microscope optique : Colorations spécifiques : Vert Malachite Bacillus subtilis

4-5-3- Morphologie et structure 4-5-3-1- Morphologie externe b/ Résultats a) Centrale ovalaire non déformante d) Terminale ronde déformante b) subterminale c) terminale

4-5-3- Morphologie et structure 4-5-3-1- Morphologie externe b/ Résultats Spore = Masse sphérique ou ovoïde Masse déformante ou non déformante Masse centrale, subterminale ou terminale Remarque : caractères à bien observer car utilisés pour la taxonomie des bactéries des 2 genres.

4-5-3- Morphologie et structure 4-5-3-2- Morphologie interne a/ Techniques d’étude Microscopie électronique à transmission

Spore au microscope électronique à transmission Bacillus novembre 2006 Cellule procaryote

4-5-3- Morphologie et structure 4-5-3-2- Morphologie interne b/ Les divers constituants de la spore Exosporium Tunique Cortex Paroi Membrane plasmique Protoplaste = Cytoplasme

4-5-3- Morphologie et structure 4-5-3-2- Morphologie interne Caractéristiques de quelques constituants de la spore Tuniques de nature protéique Cortex constitué de peptidoglycane et de dipicolinate de calcium Paroi et membrane plasmique de composition comparables à celle de la bactérie Protoplaste (ou cytoplasme) caractérisé par une très grande pauvreté en eau et la présence d’enzymes inactives

4-5-4- Propriétés, caractéristiques de la spore 4-5-4-1- Caractéristiques de composition chimique Pauvreté en eau (spore : 5 à 15 % d’eau alors que bactérie : 80%) Présence massive de dipicolinate de calcium Inactivité des enzymes